Brevet FR2267653A1 — publié le 19751107

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement, notamment pour automotrices électriques ou pour trains de rouleaux de laminoirs, comportant au moins une machine moteur électrique à champ tournant ou progressif entrainée à une vitesse angulaire ou lineaire variable, alimentée à partir d'une source de courant alternatif ou continu par I'intennédiaire de convertisseurs. On connalt un dispositif de ce type, par exemple, par le brevet suisse nO 409.074. Les convertisseurs alimentant la machine électrique à champ tournant sont réalisés avec un circuit intermédiaire a courant continu ou bien ils fonctionnent en mutateurs directs. Par rapport à des dispositifs dtentralnement pourvus de moteurs den- traînement à courant continu qui sont alimentes par des redresseurs commandés, l'investissement est relativement élevé. Pour des convertisseurs autonomes à circuit intermédiaire à courant continu ou à tension continue, il se produit en effet une double conversion d'énergie dans le redresseur et dans l'ondulateur, et il faut un accumulateur d'énergie dans le circuit intermédiaire. Lorsqu'on utilise des mutateurs directs, il faut des convertisseurs montés en antiparallèle dans chaque branche d'enroulement. On a déjà proposé, pour réduire le coût total, de réduire dans les dispositifs à convertisseurs le coût du convertisseur d'alimentation en y produisant trois courants alternatifs à chacun desquels est superposé un courant continu, constituant un système à courant triphasé (demande de brevet allemand P.2.259.826). Du fait qu'une machine à courant polyphasé (courant triphasé) ne convient pas pour l'alimentation par de tels courants alternatifs auxquels se superpose un courant continu, on réalise, selon ce procédé déjà proposé, l'enroulement du stator de la machine électrique à champ tournant suivant une conformation spéciale.L'enroulement du stator comporte un enroulement à deux étages réalisé de façon que les deux fils bobinés ou barreaux conducteurs placés dans une même rainure soient parcourus chacun par un courant alternatif auquel est superposé un courant continu, les composantes continues du courant présentant des sens opposés dans les deux barreaux conducteurs d'une rainure. De ce fait, les ampères-tours (flux de courant) produits par les composantes continues des courants des deux fils bobinés ou barreaux conducteurs placés dans une rainure s'annulent mutuellement, tandis que les composantes alternatives engendrent ensemble un champ tournant ou progressif. I1 y a dans ce cas, dans chacune des rainures, deux conducteurs dont les composantes continues ont des sens inverses.Le dispositif conforme cette proposition permet de réduire environ de moitié le coût du mutateur, en ce qui concerne le nombre de thyristors de même dimensionnement, du fait que les valves électroniques antiparallèles du mutateur peuvent être supprimées. En outre, on peut supprimer, dans le cas des montages à courants réactifs, les bobines de réactance et, dans le cas des montages dépourvus de courants réactifs, la logique d'inversion et la surveillance du sens du courant. Comme il est connu, on peut considérer qu'un mutateur direct se compose de trois convertisseurs inverseurs pour machines à courant continu qui doivent donc se composer chacun de deux montages en pont triphasés. Dans le cas du dispositif proposé, on peut économiser ia moitié des ponts de convertisseurs. Les moteurs spéciaux de la demande de brevet mentionnée présentent des dimensions bien plus grandes et sont bien plus lourds que les moteurs normaux pour les raisons suivantes - L'enroulement différentiel est défavorable à l'utilise sation de ces moteurs et à la teneur en harmoniques du champ de 1 'entrefer. - Les pertes par effet Joule relatives à la composante continue des courants du stator sont deux fois plus élevées que celles dûes aux ondes fondamentales du courant alternatif. - Les pertes dûes aux harmoniques sont importantes. Ensuite les machines à champ tournant ont non seulement un rendement plus mauvais que celles de structure classique, mais elles ont également un poids et un volume supérieurs. Cela est particulièrement désavantageux, par exemple dans le cas des automotrices électriques dans lesquelles les moteurs triphasés sont réalisés, par exemple, sous la forme de moteurs à paliers de suspension sur ltessieu et, par suite, ne sont suspendus qu'à moitié dans le châssis du véhicule ou le boggie. En ce qui concerne les pertes dans les conducteurs d'amenée du convertisseur aux moteurs, on peut répéter ce qui a été dit pour les pertes dans les bobinages de stator. Dans le cas des moteurs dtentrainement de trains derou- leaux de laminoirs également, les dimensions des moteurs d'entraine- ment ont une grande importance, en particulier lorsque, comme on le rencontre dans la plupart des cas, chaque rouleau est entraîné par un moteur particulier. En raison des grandes dimensions dune telle installation de trains de rouleaux, les conducteurs dXamenée entre mutateur et moteur dentratnement sont relativement longs, de sorte que les pertes se produisant dans les coiiducteurs d'amenée, obligent, dans la solution proposée par le brevet cité, de prévoir des sections droites de conducteurs beaucoup plus grandes, sinon, les pertes énergétiques augmentent considérablement. L'invention a pour objet, en utilisant le système à convertisseurs précités, notamment dans le cas d'automotrices électriques à entrainement par moteurs à paliers de suspension sur l'essieu ou dwentratnements de trains de rouleaux pour laminoirs, d'éviter les inconvénients du dispositif proposé, c'est-à-dire en utilisant, comme on l'a mentionné en premier lieu, des moteurs triphasés normaux, d'éviter des pertes et de réduire les masses non supendues qui agissent de façon désavantageuse sur la marche du véhicule, et de réduire, dans le cas du domaine dgapplication mentionné en second lieu, les dimensions radiales des moteurs d'en trainement, ainsi que d'éviter les pertes supplémentaires considérables se produisant dans les conducteurs dsasenée. Comme solution du problème ainsi posé, on utilise pour alimenter lenroulement de stator du moteur électrique, un convertisseur engendrant trois courants alternatifs à chacun desquels est superposé'un courant continu, qui forment un système triphasé, et on intercale entre le convertisseur et le moteur électrique un transformateur polyphasé dont le primaire est monté en quinconce et dont le secondaire alimentant l'enroulement de stator du moteur électrique est monté en étoile ou en triangle.Dans l'agencement selon l'invention, les pertes continues ne se produisent, contrairement à l'agencement proposé par le brevet allemand nO P.2.259.826, que dans le transformateur (mais pas dans les moteurs et leurs conducteurs dtamenée). Dans le transformateur, on peut mieux les évacuer que, par exemple, dans les moteurs de traction que lton ne peut équiper d'une installation de refroidissement par liquide, en raison de la nécessité d'augmenter l-a sécurité de fonctionnement, L'utilisation d'un transformateur entre convertisseurs et moteurs permet également de dimensionner les moteurs qui, cl ive on l'a mentionné plus haut, peuvent être'des moteurs triphasés de construetion courante (par exemple, des moteurs normalisés), pour des valeurs de tension optimales, indépendamment des valeurs de tension optimales pour les convertisseurs, et inversement, ce qui permet de réaliser sur le mutateur direct d'autres économies sortant encore du cadre de celles qui sont mentionnées dans la demande de brevet allemand nO P.2.239.826, par exemple par une meilleure utilisation de la tension de blocage admissible dans un modèle de thyristor. En outre, tlutilisation d'un transformateur a pour avangage que tous les moteurs peuvent être branchés en parallèle sur un transformateur, ce qui n'est pas possible sans investissement considérable, dans le cadre de la solution déjà proposée, eu égard à l'insécurité de la répartition du courant continu. Voilà pourquoi l'on y proposait des dispositifs à convertisseurs séparés pour chaque moteur. Dans le cas des automotrices, le dispositif selon 1 inven- tion permet de suspendre entièrement le transformateur supplémentaire nécessaire dans le châssis du véhicule, ce qui évite l'in- convénient existant dans le cas de la réalisation de la demande de brevet nO P.2.259.826 précitée d'une mauvaise marche, dûe aux masses accrues des moteurs de traction, pour une même puissance. Comme moteurs de traction; on peut alors prévoir des moteurs triphasEs classiques de faible poids dans le boogie ou le chtssis à paliers de suspension sur lees8ieu. Le poids supplémentaire du transformateur par rapport au dispositif déjà propose est à peu près de l'ordre de l'économie de poids réalisée sur les moteurs dtentratnement. Les pertes continues dans les conducteurs placés entre convertisseurs et moteurs sont entièrement supprimées. Les moteurs peuvent être branchés avec des connexions triphasées normaltes, les conducteurs de retour nécessaires dans le cas de la demande de brevet nO P.2.259.826 ne le sont plus ici, de sorte que, pour ces conducteurs, on économise 5/6 de la section droite totale. Comme convertisseur d'alimentation, on peut selon ltin- vention, utiliser pour chacun des trois bobinages de transformateur montés en quinconce, un organe de réglage de convertisseur à une seule direction. Selon un autre mode d'exécution de lJinvention, on utilise pour chacun des primaires du transformateur montés en quinconce un montage en pont de convertisseurs à 3n impulsions alimentés respectivement par un enroulement séparé d'un transformateur de convertisseur, n étant un nombre entier. Lessorties des trois ponts de convertisseurs sont alors reliées chacune aux extrémités de bobinage d'un primaire respectif parmi les primaires du trandbrmateur montés en quinconce. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, onprévoit d'utiliser comme convertisseur pour chacun des primaires montés en quinconce du transformateur, un montage de convertisseurs à 3n impulsions séparé, dont les entrées en phase sont montées en pa parallèle Les sorties de chaque convertisseurs sont alors reliées électriquement aux deux extrémités dtun primaire respectif parmi les primaires montés en quinconce du transformateur. D'autres détails et variantes avantageuses de lfinvention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en regard du dessin annexe donné uniquement à titre d'exemple non limitatif: La figure unique est un schéma de montage du dispositif selon l'invention, dans le cas d'une commande d'une automotrice. Sur ce schéma, la référence 1 désigne le traiisformateur de convertisseurs comportant le primaire 10 et les groupes de secondaires 11, 12, 13. Ceux-ci sont montés chacun en étoile d'un coté du convertisseur. Les extrémités libres des enroulements sont reliées chacune à des organes de réglage de convertisseurs à une seule direction 21 qui comportent chacun au moins trois thyristors. Le dispositif de commande des thyristors n'est pas représenté. Les cathodes des thyristors de chaque organe de réglage sont connectées électriquement et reliées chacune å une entrée de bobinage de l'un des primaires, 301 ou 302 ou 303 du transformateur intermédiaire 3. Le primaire du transformateur intermédiaire 3 est, comme on l'a indiqué plus haut, monté en quinconce et ltextrémité libre de chaque fil du primaire est reliée au point médian de la partie correspondante du secondaire 11, ou 12, ou 13, du transformateur d'alimentation secteur 1. le secondaire du transformateur intermédiaire 3 est représenté monté on étoile. Aux bornes libres du secondaire 31, ou 32 ou 33, du transformateur intermédiaire 3 sont branchés en parallèle les quatre moteurs triphasés 41, 42, 43, 44. Les dispositifs d'entraînement de trains de rouleaux de laminoir sont réalisés de façon analogue à exemple de réalisation ci-dessus, mais le nombre de moteurs alimentés est en général beaucoup plus élevé que celui que -l'on a représenté. Les avantages obtenus par le dispositif selon l'invention sont particulièrement importants dans les deux domaines d'application mentionnes. Il va de soi qu'on peut l'appliquer également de façon avantageuse pour des mécanismes dtentralnement de type industriel quelconque. REVENDICATIONS 1.- Dispositif dtentralnement, notamment pour automo- trices électriques ou pour trains de rouleaux de laminoirs, comportant au moins une machine(moteur) électrique à champ tournant ou progressif entraînée à une vitesse angulaire ou linéaire variable, alimentée à partir d'une source de courant alternatif ou continu par l'intermédiaire de convertisseurs, caractérisé en ce que l'alimentation de l'enroulement de stator de la machine électrique (41, 44) est assurée par un eonvertisseur (2) qui produit trois courants alternatifs à chacun desquels est superposé un courant continu, formant un système triphasés, et en ce qu'entre le convertisseur et la machine électrique est intercalé un transformateur triphasé (3) dont le primaire (301 à 303) est monté en quinconce et dont le secondaire (31 à 33) alimentant l'enroulement de stator de la machine électrique (41 à 44) est monté en étoile ou en triangle. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur utilisé pour chacun des enroulements primaires (301, 302, 303) du transformateur intermédiaire (3) est respectivement un organe de réglage de convertisseur à une direction (21, 22, 23). 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur pour chacun des enroulements du transformateur intermédiaire (3) est un montage en pont de convertisseurs à 3n impulsions alimenté par un enroulement séparé d'un transformateur de convertisseur , n étant un nombre entier. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur utilisé pour chacun des enroulements primaires (301, 302, 303) du transformateur intermédiaire (3) est un montage de convertisseur à 3n impulsions séparé, dont les entrées de même phase sont en parallèle.