Brevet FR2251454A1 — publié le 19750613

I1 est souvent exigé que les équipements électriques des voitures à voyageurs, appelées à circuler sur les réseaux ferroviaires de pays différents, soient alimentés par les lignes caténaires dont la tension varie selon le pays. Les tensions qui entrent en ligne de compte se répartissent en tensions continues de 1500 et 3000 Volts et en tensions alternatives de 15000 V - 16 2/3 Hz et 25000 V - 50 Hz. Ainsi que les équipements électriques des voitures d'un train de voyageurs sont alimentés en énergie par une ligne omnibus qui traverse la rame et qui est reliée à la ligne caténaire par le pantographe de la locomotive et au travers d'un transformateur, lorsqu'il s'agit de tensions alternatives, ce qui fait que la tension de la ligne omnibus est de soit 1000, soit 1500 Volts. Pour satisfaire les exigences citées, on se heurte non seulement aux difficultés provoquées par les différentes tensions, mais aussi par la diversité des équipements installés, fonctionnant à des tensions différentes qui sont, en majeure partie, inférieures à la tension de référence de la ligne omnibus. I1 s'agit par exemple de charge-accus > d'appareils de cuisine > d'appareil de conditionnement de l'eau, des installations de chauffage des compartiments d'accès et des cabinets de toilette, ainsi que des installations de climatisation équipées de compresseurs. Dans ce dernier cas en particulier, ltentralnement des compresseurs est générateur d'impulsions intempestives compte tenu de son irrégularité. Toute une série de propositions ont déjà été faites en vue de la solution du problème défini ci-après. Ainsi, le brevet allemand 1.563.947 spécifie que, lorsque la tension de la ligne caténaire est une tension continue, c'est au travers de redresseurs qu'un convertisseur rotatif à deux sorties triphasées fournit aux différents équipements consommateurs d'énergie les tensions différentes nécessaires à leur fonctionnement, alors que si la ligne caténaire conduit une tension alternative, les équipements consommateurs d'énergie sont alimentés par un transformateur au travers d'autres redresseurs. Par ailleurs, un article relatif à "l'alimentation centrale en énergie électrique des voitures à voyageurs" paru en 1966 à la page 374J figure 10 de la revue "Glasers Annalen" propose d'utiliser deux ondulateurs statiques qui, selon la valeur de la tension continue, sont branchés soit en série, soit en parallèle et d'équiper chacun de ces ondulateurs d'un transformateur dimensionné d'a près l'intensité globale du courant. Un tel montage à quatre systèmes d'alimentation exige des dépenses considérables et présente par ailleurs l'inconvénient que les moteurs de l'installation de climatisation sont branchés en meme temps que l'accumulateur sur le dispositif de réglage normalement réservé à ce dernier. Une économie sensible par rapport à ce montage est obtenue par la demande de brevet allemand publiée sous lew nO 2. 124.390 par le fait qu'un seul et même transformateur est utilisé non seulement pour les vensions alternatives de la ligne caténaire, mais aussi en tant qu'élément composanb d'un ondulateur statique dans les cas où la ligne caténaire conduit une tension continue. A cet effet, un charge-accus avec des équipements consommateurs de cou rat continu intercalés à la suite, est branché sur un enroulement secondaire du transformateur, alors que différents équipements à courant alternatifs sont branchés sur un autre enroulement secondaire de ce même transformateur.Du f'ait qu'une tension alternative monophasée, fournie par le dernier enroulement secondaire, est inadéquate pour ltentralnement des moteurs des compresseurs de i 'ins- tallation de climatisation, on a proposé de brancher sur cet enroulement secondaire un convertisseur triphasé qui fournit le courant triphasé nécessaire au fonctionnement de ces compresseurs (demande de brevet allemand nO P 22 02 302.5). Ainsi, la présente invention s'est fixé pour objectif d'apporter une solution encore plus économique au problème posé tout particulièrement par le fonctionnement d'une manière irrégulière des équipements grands consommateurs d'énergie en général et de l'installation de climatisation en particulier. L'invention apporte un progrès par le fait que le convertisseur statique, qui trouve également application dans la présente invention, sera amplement protégé contre les pointes de courant, non négligeables jusqu a présent, au moment de la mise en marche des compressaurs de l'installation de climatisation. On réalise ainsi, par rapport aux propositions connues, une simplification importante du montage et, de ce fait, une réduction des coûts et du poids. Le dessin comporte des schémas de montage d'installations se rapportant à deux modes d'exécution définis par l'invention. - La figure 1 représente un schéma block d'une installation d'après le premier mode d'exécution; - la figure 2 représente un schéma de montage s'appliquant à une installation d'après le deuxième mode d'exécution - les figures 3, 4, 5 et 6 représentent le même schéma que celui de la figure 2 avec des circuits différents pour des tensions continues de 1500 V et 3000 V et des tensions alternatives de 1000 V et 1500 V à la ligne omnibus. Dans la figure 1, la référence 1 désigne la ligne omnibus qui traverse le train et qui est, comme il est dit plus haut, reliée à la ligne caténaire par le pantographe de ia locomotive par l'intermédiaire, le cas échéant, dlun transformateur. Un sélecteur multitension 2, qui est branché sur la ligne omnibus, permet l'alimentation des éléments de chauffage 3 de la voiture à voyageurs. Pour l'installation de la climatisation, on fait appel à un moteur à courant continu 4 à haute tension, qui par une extrémité de l'arbre entratne un compresseur 5, alors que l'autre extrémité entralne un ventilateur 6 du condensateur de l'installation de climatisation. Le moteur 4 est un moteur bi-tension continue 5000/1500 V, branchée sur le sélecteur multitension au travers d'un redresseur 7 et deux circuits parallèles 8 et 9, dont le circuit 8 comporte un transformateur 10. Les autres équipements consommateurs d'énergie sont reliés au sélecteur multitension 2 par un convertisseur statique 11 qui comporte traditionnellement un générateur d'impulsion et un transformateur 12 - ce dernier étant représenté sur le schéma. Sur certains enroulements secondaires du transformateur 12 sont branchés les éléments fonctionnant sous une tension alternative monophasée de 220 V, tels le chauffe-eau 13 et les radiateurs 14 de laplate- forme d'accès et des cabinets de toilette. D'autre part, un enroulement secondaire du transformateur 12 alimente un charge-accus 15 à commande par thyristors pour les accumulateurs 16 dont la tension nominale est de 24 V. Lorsque la tension à la ligne caténaire et, de ce fait, à la ligne omnibus, est une tension continue de 1500 V, le moteur à courant continu 4 est alimenté par le sélecteur multitension 2, au travers du circuit 9 et du redresseur 7. Parallèlement, le convertisseur statique 11 fournit aux enroulements secondaires de son transformateur 12 les tensions pour les équipements 13, 14, ainsi que pour le charge-accus. Rien n'est changé à ce montage lorsque la tension à la ligne caténaire et, de ce fait, à là ligne omnibus, est une tension continue de 3000 V. Si, par contre, les lignes caténaires conduisent un courant alternatif de 15000 ou 25000 V et que, de ce fait, la ligne omnibus 1 conduit une tension alternative de 1000 resp. 1500 V, le circuit 9 est interrompu et ces tensions sont portées à une tension alternative approximative de 1600 V par le transformateur 10, ce qui fait que le moteur 4 est alimenté, au travers du redresseur 7, par une tension continue de 1500 V. En même temps, les tensions alternatives de 1000 respectivement 2000 V sont réduites par le transformateur 12 et en évitant le générateur d'impulsion du convertisseur statique 11 à 220 V pour l'alimentation des équipements consommateurs d'énergie 13 et 14 et à approximativement 47 V pour l'alimentation du charge-accus 15. Dans tous les cas, on évite la charge du convertisseur statique 11 par les points de courant qui étaient provoqués jusqu'à présent par les compresseurs fonctionnant au travers du convertisseur et qui réduiraient la durée de vie de ce convertisseur. Sur les exemples d'application des figures 2 à 7, il n'existe qu'un seul transformateur tant pour l'alimentation en énergie d'une partie des équipements (charge-accus , chauffe-eau, radiateurs du compartiment d'accès, etc...)que pour l'alimentation de l'ins- tallation de climatisation avec compresseurs et ventilateurs. Le transformateur comporte deux enroulements primaires 17 et 18 d'où partent des dérivations portant les contact b à g respectivement h à m. Aux contacts b et modes dérivations montées sur les extrémités non opposées des enroulements primaires 17, 18 s'opposent des contacts b et m qui, au travers d'un montage, décrit avec plus de détails ci-après > sont reliés à un redresseur pour les moteurs de l'installation de climatisation. Aux contacts g et h des dérivations montées sur les extrémités directement opposées des enroulements primaires 17 et 18, s'opposent des contacts g respectivement h parallèles, reliés à un circuit 19 qui, au travers d'un disjoncteur 20 et d'un coupe-cirouit 21 est branché sur la ligne omnibus 1.Entre les contacts b et g respectivement h et m, se trouvent les contacts c, d, e, respectivement k et 1, qui sont supportés par d'autres dérivations des enroulements primaires 17 et 18 et qui sont opposés aux contacts parallèles c, d, e et k, 1 reliés au circuit 19. Entre les contacts d et g se trouvent deux contacts opposés , dont l'un appartient à une autre dérivation de l'enroulement primaire 17, alors que l'autre est relié au redresseur cité ci-dessus. Des contacts identiques i se trouvent entre les contacts h et k. Le transformateur comporte un enroulem.-nt secondaire 22 auquel sont reliés les équipements exigeant une tension monophase de 220 V. I1 s'agit des radiateurs des compartiments d'accès et dWs cabinets de toilette, des chauffe-eau d'éventuels appareils de cuisine et du chauffage complémentaire des installations de clima tisation mono-canal. Un autre enroulement secondaire 23 alimente ün chargeaccus 24 qui peut correspondre, par exemple, à la définition donnée par le brevet allenand 1.275.665. L2accumulateur correspondant dont la tension nominale est de 24 V est répertorié par le chiffre 25. Deux circuits parallèles 26, 27 partant des extrémités non opposées des enroulements primaires 17, 18, se rejoignent au point 28. Ce point est relié à la terre (au travers des roues et des rails) par le circuit 31 au travers d'un self de mommutation 29 et d'une résistance ohmique 30. Sur chacun des deux circuits 26, 27, un groupe de thyristors 32 respectivement 33 est branché en série de manière à ce que leur cathode soit dirigée vers le point 28. (Par mesure de simplification, le schéma ne comporte que des groupes de deux thyristors - en cas de besoin plusieurs de ces thyristors peuvent être montés en série).Les thyristors sont commandés par un générateur d'impulsions 34 de manière à ce que alternativement les thyristors'32 de l'un des groupes soient amorçés eu moment où les thyristors 33 de l'autre groupe sont désamorçés et inversement. Pour le désamorçage on fait appel à un condensateur de désamorçage 35 se trouvant sur le circuit de Jonction 36, qui est branché aux points 37 et 38 sur les circuits 26 respectivement 27 entre les anodes 32 respectivement 33 des thyristors et les en roulements primaires 17 respectivement 18. Le générateur dtimpul- sions 34 peut correspondre, par exemple, à celui de la figure 2 de la publication allemande 2.124.390. Dans chacun des circuits 26 et 27 se trouve un groupe de valves 39 respectivement 40 moulées en série entre l'enroulement primaire 17 respectivement 18 et le point 37 respectivement 38 de manière à ce que leur cathode soit dirigée vers le point 37 respectivement 38.Dudrcuit31 partent deux circuits 41, 42 qui sont reliés aux circuits 26 respectivement 27 aux points 43 respectivement 44 qui se trouvent entre les valves 39 respectivement~40 et les enroulements primaires 17, respectivement 18. Sur chacun des circuits 41 et 42 se trouvent deux groupes de diodes non asservies 45, 46, montées en série et parallèles aux valves 39 respectivement 40, de maniere à ce que leur cathode soit dirigée vers ie poins 43 respectivement 44. Le générateur d'impulsion 34 est alimenté en courant continu par l'accumulateur 25 auquel il est relié par les circuits 47, 40. Un disjoncteur 49 est intercalé dans le circuit 48. Le géné- rateur d'impulsion 34 peut également être alimenté en courant continu par un redresseur 50 monté en parallèle avec l'accumulateur 25. Ce redresseur est tranché sur un autre enroulement secondaire 51 du transformateur. Uiie diode de blocagé/intercalée mais le circuit 47 entre l'accumulateur 25 et le redresseur 50 évite le passage du courant en provenance du redresseur 50 vers l'accumulateur 25. Ptur l'entralnement d'un compresseur 53 et d'un ventilateur ne figurant pas sur le schéma, on fait appel à deux moteurs à courant continu, dont les induits sont désignés par 54 et 55 et qui sont dotés d'excitateurs en dérivation 56 respectivement 57. L'induit 54 se trouve sur un circuit 58 qui, au travers d'un inverseur o-o, p-p, peut d'une part être relié à un circuit 59 et qui, d'autre part, peut être orancné, au bravers d'u inverseur r-r, s-s, soit sur le circuit 60, soit sur le circuit 61. L'induit 55 se trouve sur un circuit 62 qui d'une part peut être relié au circuit 59, au travers d'un inverseur q-q et qui, d'autre part, est branché sur le circuit 60 au point 63. Le redresser affecté à ces deux moteurs à courant continu est constitué, comme on pe > ie voir dans les figures 2 à 6 par quatre valves 64, 65, 66, 67 montées en pont de Graetz. Les cathodes des diodes 64 et 65 sont reliées au circuit 59 au travers d'un inverseur 59, alors que les anodes des diodes 66 et 67 sont branchés sur le circuit 60. Le circuit de jonction entre les diodes 64 et 66 est relié par le circuit 69 à l'une des bornes "i". Le circuit de Jonction entre les diodes 65 et 67 est relié par le circuit 71 à l'une des bornes "f". Le circuit 69 est relié, d'une part, par le circuit 71 à l'une des bornes "b" et peut, d'autre part, au travers d'un commutateur à deux contacts a-a, être branché sur le circuit 19. Le circuit 70 est relié par le circuit 72 a' l'une des bornes m ainsi qu'à la terre Le disjoncteur, constitué par les bornes "a" à "s", ainsi que le disJoecteur 49, sont actionnés par un servo-moteur 73. Lorsque, d'apres la figure 3, le ligne omnibus 1 conduit un courant continu de 1500 Vs les disJoncteurs avec les contacts k a, e,/p, q, r, ainsi que les disjoncteurs 68 et 49, sont fermés alors que les disjoncteurs des contacts b, c, d, f, g, h, i, 1, m, o et s sont ouverts. Les induits 54, 55 des deux moteurs à courant continu sont alors parcourus parallèlement par le courant d'après les traits gras pleins du schéma. Le courant parcourt simultand- ment et en alternant le sens - sous l'effet de commutation du bén- rateur d'impulsion 34 - les deux enroulements primaires 17 et 18 sur à peut près la moitié de leur longueur, après le circuit matérialisé par un tracé en traits mixtes.De ce faitj le courant nécessai- re à l'alimentation des équipements consommateurs d'énergie est induit dans les enroulements secondaires 22 et 23. Lorsque d'après la figure 4, la ligne omnibus 1 conduit une tension continue de 3000 Vs le courant est dirigé, après le tracé en traits mixtes, sur toute la longueur des enroulements primaires 17 et 18, au travers des contacts g et hj alors que les contacts 1 et k sont ouverts. De ce fait; et malgré la double tension à 1'entrée les tensions uniformes de 220 V, respectivement environ 24 Vj sont induites dans les enroulements secondaires 22 et 23. Dans ce cas, les rotors 54 et 55 des deux moteurs à courant continu ne sont plus branchés en parallèle, mais en série.A cet effet, les disjoncteurs q-q et r-r sont ouverts pour que, comme cela se fait d'après le montage de la figure 3i chacun des deux rotors soit alimenté par un courant de 1500 V. Lorsque, d'après la figure 5, la ligne omnibus conduit un courant alternatif de 1000 V, les enroulements primaires 17 et 18 sont parcourus parallèlement sur un tiers seulement de leur longueur par un courant alternatifj diapres le circuit tracE en traits mixtes. A cet effet, les disjoncteurs comprenant les contacts b et m sont fermés, alors que les disjoncteurs comprenant les contacts a,c,e,g,h et k sont ouverts. A cet effet les deux induits 54, 55 des moteurs à courant continu sont alimentés parallèlement d'après le circuit tracé en trait gras continu, au travers du redresseur 64,65,66,67. Le courant alternatif parvient aux valves, au travers des enroulements primaires 17,18 fonctionnant alors comme auto-transformateurs. Lorsque d'après la figure 6, la ligne omnibus 1 conduit une tension alternative de 1500 V, seuls, contrairement au montage de la figure 5, les disjoncteurs comportant des contacts c et k sont fermés et les disjoncteurs comportant les contacts d et 1 sont ouverts. Cela a pour effet que le courant alternatif traverse les enroulements primaires 17 et 18 sur une plus grande longueur, ce qui fait que, malgré une tension d'entrée plus élevée, on obtient aux enroulements secondaires 22 et 23 des tensions identiques à celles spécifiées dans la figure 2. REVENDICATIONS 1. Installation pour l'alimentation dans une voiture à voyageurs ferroviaire des équipements consommateurs d'énergie à partir indifféremment de lignes caténaires sous tension continue ou alternative, au travers d'une ligne omnibus conduisant par exemple soit une tension continue de 1500 V, soit une tension continue de 3000 V, soit une tension alternative de 1000 V - 16 2/3 Hz, soit une tension alternative de 1500 V - 50 Hz en utilisant un convertisseur statique comportant un transformateur et un générateur d'impulsion, caractérisée par le fait que lorsqu une ligne caténaire est sous tension continue, une partie au moins des équipements consommateurs énergie tels le charge-accus 24, les chaufre-eau , les radiateurs des compartiments d'acoès et des cabinets de toilette) sont alimentés au travers du convertisseur statique (11 ; 17, 18, 54), alors qu'au moins un moteur à courant continu (4,54,55,56,57) prévu de préférence pour l'entrainement des compresseurs et ventilateurs d'une installation de climatisation peut être branché sur la ligne omnibus, (1) 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le moteur à courant continu (4) est alimenté, meme si la ligne caténaire est sous tension alternative, indépendamment du convertisseur statique (11) par la ligne omnibus sur laquelle ce moteur est alors branché au travers d'un autre transformateur (10) et d'un redresseur (7). 3. Installationselon la revendication 1, caractérisée par le rait que le transformateur (17,18,22,23) qui, aveo le géné- rateur d'impulsion (34) forme le convertisseur statique, alimente, lorsque la ligne caténaire est sous tension alternative, non seulement une partie des équipements consommateurs d'énergie (tels le charge-acous (24), les chaufre-eaut etc...) mais également le moteur à courant continu (54,55,56,57) au travers d'un redresseur (64,65,66,67 ; 39,40,45,46). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que, lorsque la ligne caténaire est sous tension alternative, le moteur à courant continu (54,55,56,57) est alimenté au travers du redresseur (64,65,66,67 ; 39,40,45,46) par deux enroulements primaires (17,18) qui fonctionnent en tant qu'autotransformateur et qui, par un procédé oonnu en soi, sont reliés en parallèle à la ligne omnibus (1) au travers de branchements variant selon la tension de oette ligne omnibus, desquels branche ments partent, sous forme connue en soi, des circuits parallèles (26,27) comportant deux croupes de thyristors ()2,))) qui, lorsque la ligne caténaire est sous tension continue, sont amorçés et désamorçés alternativement