Brevet FR2226774A1 — publié le 19741115

La présente invention est relative à un montage pour la marche en alimentation et la marche en freinage par récupération, pour un moteur à courant continu à vitesse réglable, moteur qui, en marche en alimentation, est alimenté par une source de courant continu à travers un hacheur électronique et une première diode, en particulier pour la propulsion d'un véhicule,un enroulement inducteur, branché en série avec une deuxième diode, étant couplé en parallèle avec le rotor du moteur, tandis qu'une troisième diode est branchée en parallèle avec ltenroulement d'excitation, les bornes des deuxième et troisième diodes étant raccordées avec la meme polarité à une borne de l'enroulement d'excitation.Un tel montage est connu, par exemple, par la revue "Brown Boveri .litteilungent', 1970, page 272, Fig. 11 et par le brevet publié en Allemagne Béiérale sous le n0 1.5O3.981, Fig. 1. Pour passer à la marche en freinage par récupération, comme cela est représenté dans le montage pour freinage en récupération aaO dans la figure 18e, page 267, on est obligé de prévoir et de manoeuvrer un grand nombre d'in- terrupteurs pour courant fort, étant donné qu'il est nécessaire de changer le couplage tant du hacheur électronique que de l'induit du moteur. La figure 1 des dessins annexés représente le montage connu, où sont dessinés les composants des circuits. L'invention vise à simplifier le montage connu, sans nuire à ses aptitudes fonctionnelles. Dans le montage pour marche en alimentation et marche en freinage par récupération, mentionné gus haut, la solution suivant l'invention consiste en ce qu'une résistance, munie d'une prise est branchée en parallèle avec l'enroulement inducteur ; en ce que, pour la marche en freinage par récupération, on ouvre un interrupteur dont une borne est connectée dans le tracé dd ligne entre la seconde diode et une borne de la résistance, la seconde borne de cet interrupteur étant connectée à la première borne de l'enroulement de champ, un deuxième interrupteur, dont une borne est connectée à la prise de la résistance connectée à la seconde borne de l'enroulement de champ, tandis que sa seconde borne est raccordéd à la diode et à la seconde borne de la résistance, ainsi qu'un troisième interrupteur, qui connecte la source de courant à l'entrée du hacheur électronique, ces interrupteurs étant fermés pendant la marche en limenta- tion ; et en ce que la première borne de l'enroulement inducteur est connectée par une quatrième diode à l'entrée du hacheur électronique. a résistance précitée, branchée en parallèle avec l'enroulement de champ, sert, en marche en alimentation, à rduire le taux d'harmoniques du courant d'excitation at à diminuer la surcharge du condensateur de commutation dans le dispositif otauto-pilotage, après le désamorçage des thyristors principaux du hacheur électronique. Cette même résistance sert de assistance de freinage pendant la marche en freinage par récupération.Grâce au montage suivant l'invention, on peut éliminer la résistance parallèle au champ qui, comme indiqué plus haut, est nécessaire pour la réduction du taux d'harmoniques du courant d'excitation et présente des dimensions relativement importantes. Il est vrai te la durée de mise en circuit de la résistance de freinage est augmentée en raison de la double affectation de cette résistance ; cependant, l'élimination de la resistance parallèle au champ et requise dans le montage connu pendant la marche en alimentation permet une réduction marquée du poids et du volume et donc du colt. Suivant une autre particularité de l'invention, une source de courant d'appoint est connéctée, en marche en freinage par récupération, entre une borne de l'induit du moteur et la sortie du hacheur électronique au moyen d'un interrupteur, d'une diode et d'une inductance. L'adoption de cette source de tension permet d'obtenir pendant la marche en freina6e par récupération une préexcitation de l'enroulement d'excitation par l'entremise du hacheur électronique, ce qui entrasse une manifestation rapide de l'effet de freinage. L'inductance présente dans ce circuit prend soin d'une surcharge du condensateur de commutation dans le dispositif de commutation forcée après le désamorçage des thyristors principaux jusqu'à ce que le courant venant de la source de courant d'appoint soit réduit à zéro. D'autres détails et des variantes particularités favorables de l'invention ressortiront de l'exemple d'exécution décrit ci-après et représenté dans les dessins annexes. Dans ces dessins ; la figure 1 représente un schéma suivant la publication "Brown Boveri Mitteilungen", 1970, schéma dans lequel sont dessinés les éléments de circuit et qui comprend une résistance supplémentaire parallèle au champ. La figure 2est un montage suivant l'invention, couplé en "marche en alimentation" ; et la figure 3 représente le montage suivant l'invention couple en "marche en freinage par récupéra tion". Les différents composants sont désignés comme suit dans les dessins du montage connu suivant la figure 1 : le moteur-par 1 ; son induit par 1.1, avec bornes Â et B ; son enroulement de champ par 1.2, avec bornes E et F. le tracé de ligne supérieur est désigné par lii et le tracé de ligne inférieur par 12. Une première diode, disposée dans le tracé de ligne compris entre le hacheur électronique 5 et l'induit du moteur, diode qui bloque en sens inverse, est désignée par 2.1 ; une deuxième diode, comprise dans le circuit de champ et bloquant la direction vers le champ est désignée par 2.2 ; et une troisième diode, branchée en parallèle avec l'enroulement de champ et bloquant la direction allant du tracé de ligne L2 vers le tracé de ligne L1 est désigné par 2.3. En outre, 3.1 désigne la résistance de freinage munie d'une prise 3.11, tandis que 3.2 désigne une résistance branchée en parallèle avec l'enroulement d'excitation du moteur et servant à réduire le-taux d'harmoniques du courant de champ et à empêcher une surcharge du condensateur de commutation, non représenté, contenu dans le hacheur électronique 5. Les interrupteurs qui, sans le montage connu,sont nécessaires pour le couplage marche en alimentation", sont désignés par 4.1 pour l'interrupteur intercalé entre iode 2.2 et l'enroulement de champ 1.2, par 4.2 pour l'interrupteur servant à shunter unepartie de la résistance de freinage 3.1, par 4.3 pour l'interrupteur servant à raccorder le circuit de courant à la ligne de contact 6 et par 4.6 pour l'interrupteur pour le couplage en parallèle de la résistance 3.2 avec l'enroulement de champ 1.2.Pour le couplage en freinage, on a désigné par 4.5 l'interrupteur 4.5 destiné à connecter la borne F de l'enroulement de clamp 1.2 du moteur, au moyen de la ligne L3, à l'entrée du hacheur électronique 5 et par 4.4 l'in interrupteur intercalé dans le circuit entre la ligne Il et une des bornes de la résistance de freinage 3.1. On a en outre désigné dans ces dessins par 7 une batterie de préexcitation servant à accélérer l'en- trée en action du freinage ; on y prévoit d'autre part un interrupteur de préexcitation 4.7, une diode 2.5, ainsi qu'une inductance 8, tous trois dans un autre trajet de courant, raccordé d'une part à la borne B de l'induit 1.1 du moteur 1 et, d'autre part, à la jonction entre la sortie du hacheur électronique 5 et l'entrée de la diode ?.1. Finalement, on prévoit encore un condensateur C, raccordé entre,d'une part, l'interrupteur 4.3 et l'entrée du hacheur électronique 5 et, d'autre part, la ligne L2.Le hacheur électronique est constitué, comme on le sait, par un thyristor piloté par impulsion et un dispositif de désamorçage forcé, branché en parallèle avec celui-ci, 16 thyristor étant attaqué avec un nombre d'impulsions variables ou une largeur d'impulsions variables et acheminant ainsi vers l'induit du moteur un courant de valeur effective variable. I1 s ' ensuit que ce montage connu doit comporter 5 interrupteurs 4.1 à 4.5 qui doivent acheminer le courant du moteur ou de freinage vers l'induit du moteur, ainsi qu'un interrupteur 4.6 qui contrtle le courant quelque peu moindaN qui traverse la résistance parallèle à l'enroulement de champ, de mme qu'un interrupteur 4.7 pour la préexcitation lors du passage à la marche en freinage par récupération. Le montage suivant l'invention représenté dans la figure 2, diffère du montage connu par l'absence des interrupteurs 4.4 à 4.6, ainsi que de la résistance 3.2 parallèle au champ. On y prévoit en outre une diode 2.4 raccordée entre I'entre du hacheur électronique 5 et le c8té, tourné vers l'interrupteur 4.1, de l'enroulement d'excitation 1.2 (borne de raccordement B) cette diode se bloquant en direction de cet enroulement.Il s'ensuit que le nouveau montage n'exige qu'un interrupteur pour le courant total, deux interrupteurs pour le courant de champ et un interrupteur pour la préexcitation, de sorte que l'on économise trois interrupteurs à grande fréquence de manoeuvre. Dans le montage connu, les interrupteurs 4g1, 4.2, 4.3 et 4.6 sont fermés lors de la marche en alimentation. Lors de ce couplage, il existe un flux de courant partant de la ligne de contact 6 et passant par l'interrupteur fermé 4.3, le hacheur électronique 5, la diode 2.1, l'induit 1.1 du moteur et par la ligne L2, pour aboutir au rail. Pendant les périodes d'ouverture du hacheur électronique 5, l'enroulement de champ 1.2 n'est pas parcouru par le courant venant de la ligne de contact. Pendant le temps de blocage du hacheur électronique, et vu l'inductance de 11 induit 1.1 du moteur, le courant d'induit continue à circuler, cela par l'interrupteur 4.2 fermé, l'enroulement de champ 1.2 à bornes -E, F, l'interrupteur fermé 4.1, la diode 2.2, avec retour à l'induit 1.1 du moteur.Pendant la période d'ouverture du hacheur électronique 5, au cours de laquelle aucun courant venant de l'induit 1.1 du moteur ne peut circuler dans ltenroulement de champ 1.2, un courant de champ entraSné par l'inductance de l'enroulement de champ 1.2, continue à traverser la diode à polarité inverse 2.3 pour le court-circuitage des surtensions et l'interrupteur fermé 4.2, avec retour à l'enroulement de champ 1.2.En cas d'impulsions relativement brèves de courant venant du hacheur électronique 5 et apparaissant dans le circuit d'induit , l'enroulement de champ 1.2 est pleinement excité, tandis que si le hacheur électronique 5 fournit de longues impulsions, l'enroulement de champ 1.2 est parcouru par un courant d'une valeur effective moindre, de sorte que l'accroissement du courant dans l'induit 1.1 du moteur s'accompagne d'une diminution du courant dans l'enroulement de champ 1.2 et donc d'un effet d'affaiblissement du champ. Dans le couplage "freinage par récupération", les commutateurs 4.4, 4.5 et 4.7 sont fermés dans le montage connu. Les autres interrupteurs sont ouverts. Dans ce montage, l'enroulement de champ 1.2 est excité à partir de la batterie 7 en passant par la partie inférieure de la résistance de freinage 3.1, l'interrupteur 4.s, le hacheur électronique 2, la diode 2.5, l'inductance 8 et l'interrupteur 4.7. I1 en ré sulte l'induction d'une tension dans l'induit 1.1 et un courant se irise à partir de cet induit 1 1 par la partie inférieure de la résistance 3.1, la borne 5.11 l'enroulement inducteur 1.2, l'interrupteur 4.5, le hacheur él ctronique 5 et la diode 2.1, avec retour à l'induit 1.1. Ce courant est interrompu périodiquement par le hacheur éleftronique 5 ; pendant les périodes d'interruption le courant se dirige à partir de l'induit 1.1 par la résistance de freinage 3.1 et la diode 2.2, avec retour à l'induit 1.1. Simultanément, un courant de champ, entralné par l'inductance de l'enroulement d'excitation 1.2, continue à circuler par la diode à polarité inverse 2.3 et la partie inférieure de la résistance de freinage 3.1. Le montage suivant l'invention repré senté dans la figure 2 ne comporte pas les interrupteurs 4.4 à 4.6. Les interrupteurs 4.1 à 4.3 sont fermés et l'on ohtient en marche en alimentation les memes effets que dans le montage connu. Ici le courant d'induit se dirige, à partir de la ligne de contact 6, par l'interrupteur 4.3 le hacheur élecȯnique 5, la diode 2.1 et l'induit 1.1 du moteur, avec retour au rail par la ligne L2. Pendant les périoces de blocage du hacheur électronique 5 le courant d'induit continue à passer par la ligne L2, l'interrupteur 4.2 et d'une part par l'enroulement inducteur 1.2 et l'interrupteur 4.1 et d'autre part par la résisrance 3.1 et la diode 2.2, avec retour à la borne À de l'induit 1.1 du moteur.Dans les intervalles de temps où le hacheur électronique débloque le flux du courant, celui-ci continue à circuler dans l'enroulement d'excitation 1. comne précédenment, le circuit se refermant par la diode à polarité inverse 2.5 et l'interrupteur, 4.2. Dans le couplage "freinage par récupération" (figure 5); le contact d'interrupteur 4.7 est fermé, tandis que les autres contacts d'interrupteurs 4.1 à 4.3 sont ouverts. Partant de la batterie, un courant de préexcitation passe par la ligne 12, la partie inférieure de la résistance de freinage 5.1, l'enroulement de champ 1.2 la diode 2.4, le hacheur électronique 5, la diode 2.5, l'inductance 8 et l'interrupteur 4.7, avec retour à la batterie. La tension induite de ce fait dans l'enroulement inducteur 1.1 fait circuler un courant par la ligne L2, la partie inférieure de la résistance de freinage 3.1, l'enroulement inducteur 1.2, la diode 2.4, le hacheur électronique 5 et la diode 2.1, avec retour à l'induit 1.1 du moteur. Simultano-ment, un autre courant passe à partir de l'induit 1.1 du moteur par la résistance de freinage 3.1 et la diode 2.2, avec retour à l'induit 1.1 du moteur. Il s'ensuit que la grandeur du courant d'excitation, et donc aussi du courant de freinage, est déterminée par le rapport des cadences du hacheur électronique. Pendant les périodes de blocage du hacheur électronique 5, le courant de champ continue à circuler par la diode à polarité inverse 2.3 et la partie inférieure de la résistance de freinage 3.1, tandis que le courant d'induit circule par la résistance de freinage 3.1, ainsi que la diode 2.2. I1 s'ensuit que le montage suivant l'invention permet non seulement d'éliminer des interrupteurs qui, en particulier dans le trafic à petite distance, doivent Qtre fréquemment manoeuvrés, mais aussi, et gracie à l'utilisation, en guise de résistance de freinage, de la résistance parallèle à l'enroulement d'excitation , d'éliminer une résistance qui est d'un encombrement et d'un poids relativement élevés. REVNbICÀTI0NS 1. Montage pour la marche en alimentation et la marche en freinage par récupération, pour un lo- teur à courant continu à vitesse réglable, moteur qui, en marche en alimentation, est alimenté par une source de courant continu à travers un hacheur électronique et une première diode, en particulier pour la propulsion d'un véhicule, un enroulement inducteur, branché en série avec une deuxième diode, étant couplé en parallèle avec le rotor du moteur, tandis qu'une troisième diode est branchée en parallèle avec l'enroulement d'excitation, les bornes des deuxième et troisième diodes étant raccordées avec la même polarité à une borne de l'enroulement excitateur, caractérisé en ce qu'une résistance (3.1), munie d'une prise (3.11) est branchée en parallèle avec l'enroulement inducteur (1.2) 3 en ce que, pour la marche, pour la marche en freinage par récupération, on ouvre un interrupteur (4.2) dont une borne est connectée dans le tracé de ligne entre la seconde diode (2.2) et une borne de la résistance (3.1), la seconde borne de cet interrupteur étant connectée à la première borne (F) de l'enroulement de champ (1.2) un deuxième interrupteur (4.2) , dont une borne est connectée à la prise (3.11) de la résistance (3.1) connectée à la seconde borne (E) de l'enroulement de champ (1.2) , tandis que sa seconde borne est raccordée à la diode (2.3) et à la seconde borne de la ré sistance (3.1), ainsi qu'un troisième interrupteur (4.3), qui connecte la source de courant à l'entrée du hacheur électronique (5), ces interrupteurs (4.1, 4.2 et 4.3) étant fermés pendant la marche en alimentation ; et en ce que la première borne (F) de l'enroulement inducteur (1.2) est connectée par une quatrième diode (2.4) à l'entrée du hacheur électronique (5). 2. Montage pour la marche en alimentation et la marche en freinage par récupération, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une source de courant d'appoint (7) est connectée, en marche en freinage par récupération, entre une borne (B) de l'induit (1.1) du moteur et la sortie du hacheur électronique (5) au moyen d'un interrupteur (4.7), d'une diode (2.5) et d'une inductance (8).