Brevet FR2335995A1 — publié le 19770715

La présente invention concerne un montage pour le fonctionnement d'un moteur à courant continu, en particulier pour l'entraînement d'un véhicule, en traction et en freinage, avec réglage de la vitesse, où, pour le fonctionnement en traction, le moteur est alimente à partir d'une source de courant continu par l'intermédi3ire d'une inductance et d'un hacheur électronique (régleur de courant continu), ce montage comportant une résistance de freinage et une première diode connectée en parallèle .vec l'enroulement de champ ainsi que des dispositifs de commutation pour realiser le changement de couplage des éléments composants nécessaire pour passer de la marche en traction ou freinage et inversement, oU pour la marche en traction on connecte en parallèle avec l'induit du moteur, l'enroulement de champ de celui-ci monté en série avec une soupape et ou, pour la marche en freinage , on connecte, en parallèle avec l'induit dv moteur, le groupement en série de 13 résistance de freinage et de 1 sous pe. Un tel montage est connu par le document de publication relatif à la demande de brevet allemand P 2 319 898. Ce montage connu présente l'avantage qu'aussi bien e traction qu'en freinage, il se produit un affaiblissement continu du champ, un "shuntage" progressif, au fur et à mesure que la tension d'induit augmente, et qu'il n'est pas nécessaire que la résistance de freinage soit "échelonnée" c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des appareils de connu- tation mécaniques, pour adapter à tout moment la voleur de ici résistonce à celle de la tension fournie par le moteur d'entraînement fonctionnant en génératrice.Ce montage n'autorise pas cependant un freinage avec recoupé ration, c'est-à-dire un renvoi d'énergie dans le réseau d'alimentation Un tel montage de freinage avec récupération présente l'avantage de réduire la consommotion globale d'énergie d'un réseau de transport où circulent des véhicules ainsi équipés. Les montages connus, avec freinage par récupération, présentent cependcnt l'inconvénient que le rein n'est pas toujoun disponible, dans le cas d'un déclenchement du réseau, par exemple, ou si aucun outre véhicule ne consomme de l'émerge à l'instant considéré, et que, par conséquent, le freinage -vec récupération ne peut pas être utilisé.Contrairement au montage avec freinage par récupérction, le montage @vec résistance de freinage mentionné ci-dessus est indépendant du réseau. C'est donc l'objet de la présente invention, que de compléter le développement du montage connu ci-dessus, de manière que celui-ci puisse aussi être utilité comme frein avec récpérCtion. Il faut pour cela qu'en cas de disparition de la capacité du résenu d'absorber de la puissance, un effet de freinage reste assuré du f-it qu'il est possible de dissiper dnns une résistance de freinage la partie de l'énergie qui n'est p-s absorbée por le réseau ou même la totalité de l'énergie de freinage. La solution du problème posé consiste, selon la présente invention et avec le montage de traction et de freinage précité, en ce que la soupape est une soupcpe commandée, qu'entre 1 diode d'extinction du hacheur électronique et l'une des bornes de la résistance, est branchée une deuxième diode et que, pour le fonctionnement en freinage, une troisième diode est branchée entre 11 une des bornes de l'enroulement de champ et l'une des bornes de l'inductance. Avec le montage selon l'invention, on obtient 1 possibilité d'un fonctionnement en freinage combiné, sur résistance et avec récupération, selon la capacité d'absorption du réseau d'alimentation. Pendit la marche en traction, le thyristor dv circuit de freinage joue le rôle d'élément de commutation pour le courant de roue libre de l'enroulement de champ. Pendent le fonctionrement en traction, ce montage se comporte, pour l'essentiel, comme le montage précité selon la publication allemande DOS 2 319 898. Comme cependdant, ru lieu d'une diode de roue libre d'induit, il est prévu un thyristor, il faut qu'à l'expiration de la marge de reblocage du hacheur, on fournisse chaque fois à ce thyristor une impulsion d'amorçage.Pour cela, selon une forme de réalisation de l'invention, des moyens sont prévus grâce auxquels, pendant la marche en traction, on amorce le thyristor au bout d'un intervalle de temps prédéterminé, après l'impulsion d'amorçage du thyristor du hacheur. Comme la durée de blocage dépend du courant d'induit, selon une extension de l'invention on modifie en fonction du courant d'induit l!inter- ville de temps qui sépare l'impulsion d'amorçage du thyristor d'inversion de la chorge de l'impulsion d'amorçage du thyristor. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu pour le fonctionnement en freinage des moyens grce auxquels l'amorçage du thyristor n'est autorisé que si une valeur de tension minimale déterminée est atteinte aux bornes du condensateur. On prévoit alors judicieusement des moyens, grecs auxquels les impulsions d'amorç-!ge du thyristor sont émises ru bout d'un intervalle de temps réglable après l'impulsion d'amor çage du thyristor d'extinction, dans le hacheur. D'une manière judicieuse, il est prévu en outre des moyens grce auxquels la temporisation entre l'impulsion d'amorçage du thyristor d'extinction et l'impulsion d'amorçage du thyristor est élaborée au moyen d'un régulateur, à partir de 1n tension présente aux bornes du condensateur. Dans une forme de réalisation de l'invention, il est prévu qu'une quatrième diode est branchée entre l'entrée du hacheur à courant continu et la connexion qui relie l'une des bornes de l'enroulement de champ du moteur d'entratnement à la première diode. La deuxième diode peut alors être branchée dans le sens conducteur, entre l'anode du thyristor et la cathode de la diode d'extinction du hncheur à courant continu. Il est prévu enfin, dans une forez de réalisation préférée de l'in~ invention, que la résistance est pourvue d'une prise reliée à l'une des extrémités de l'enroulement de champ, qu'un premier interrupteur est relié par l'une de ses bornes à la connexion allant de la premiere diode à l'une des extrémités de l'enroulement de champ et par son autre borne à la remière borne de la résistance, qu'un deuxième interrupteur est relié par l'un de ses bornes à la prise de la résistance qui est réunie à la deuxième extrémité de l'enroulement de champ et par son autre borne à la première diode ainsi qu'à la deuxième borne de la résistance, qu'un troisième interrupteur réunit la source de courant continu à l'entrée du hacheur par l'intermédiaire d'une inductance et qu'enfin un quatrième interrupteur est connecté entre l'une des armatures du condensateur (potentiel de la terre) et la connexion ; que pour ia marche en traction le premier interrupteur, le deuxième, le troisième et le quatrième in terrupteurs sont fermés, tandis que pour le fonctionnement en freinage les interrupteurs ci-dessus sont ouverts et qu'un interrupteur supplémentaire réunit la sortie du hacheur au potentiel de la terre. Pour le fonctionnement en freinage, le hacheur est branché en parallèle avec l'induit. L'inducteur est alors couplé en parallèle avec l'induit à travers une troisième diode et le hacheur. L'une des sections de la résistance fait partie en meme temps du circuit de freinage et du circuit de roue libre de l'enroulèment du champ ; la première diode joue le rôle de diode de découploge par rapport au réseau et le thyristor sert d'interrupteur pour l'enclenchement de la résistance de freinage, tandis que la deuxième diode établit une liaison avec le circuit d'extinction du hacheur électronique permettant d'éteindre le thyristor inséré dans le circuit de la résistance de freinage en même temps que l'on éteint le thyristor principal du hacheur. D'autres détails et extensions avantageuses de l'invention découlent de l'exemple non limitatif de réclisction représenté dans le dessin et que nous décrivons ci-dessous. Les figurent représentent respectivement figure 1 : une représentation schématique du montage selon l'invention pour le fonctionnement en frein te et figure 2 : un montage selon l'invention pour le fonctionnement en trac- tion et en freinage. Dans les schémas les différents éléments du montage sont repérés comme suit : le moteur avec le reperde 1, son induit nvec 1.1 avec les bornes A et , son enroulement de ch-mp ou inducteur avec 1.2 et les ex traites E et F. Dans le cheminement de conducteursL 1.1 partant de la borne d'entrée (pantographe 6) est insérée une inductance L et entre ln sortie de celle-ci et la borne de sortie (potentiel de la terre) est branché un condensateur . On o désigné par L1 le cheminement de conduc teurssupdrieur et par L2 le cheminement de conducteurs inférieur.Dans le cheminement supérieur tl, entre ie hacheur électronique 5 et l'induit du moteur f,, le repère 2.1 désigne une diode interdisant l'inversion du courant, 2.2 un thyristor qui, dans le cirduit de l'inducteur, interdit le passage du courant vers l'inducteur, 2.3 une autre diode qui, disposée en dérivatior sur l'enroulement inducteur 1.2, interdit le passage du courant du cheminement L2 vers le cheminement L1. On a repéré en outre avec 3.1 un résistance de freinage pourvue d'une prise 3.11. Le repère 2.4 désigne une autre diode, connectée entre l'entrée du hacheur électro- nique 5 et l'extrémité F de l'enroulement d'excitation, orientée de maniè- re à empecher le passage du courant vers celui-ci.Le repère 2.6, enfin, désigne une diode qui est connectée entre l'extrémité E de l'enroulement de champ *2 et la sortie de l'inductance L. L. hacheur électronique 5 comporte un thyristor principal 5.1, un thyristor d'inversion de la charge 5.2, une diode d'extinction 5.3, une inductance de commutation 5.L ainsi qu'un condensateur de commutaton 5.C, tous ces éléments étant interconnectés de la manière habituelle. Une diode d'extinction 2.7 est branchée en outre entre celle des bornes du hacheur 5 qui correspond àlacathade de la diode d'extinction 5.3 et la connexion qui réunit le thyristor 2.2 a' la résistance 3.1. Dans le montage selon la figure 2, pour l'exécution de la modification du couplage pour passer de traction en freinage ou inversement, il est prévu un premier interrupteur 4.1 entre la connexion reliant le thyristor 2.2 à la résistance Q et l'extrémité F de l'enroulement de champ t.2, un deuxième interrupteur 4.2 entre la borne E de l'enroulement de champ 1.2 et le cheminement de conducteurs L2, un troisième interrupteur 4.3 inséré dcns le cheminement de conducteurs L1.1 entre l'inductance L et le hacheur électronique 5, un quatrième interrupteur 4.4 dans le cheminement de condsteurs L2.1 entre le potentiel de la terre et le cheminement de conducteurs L2, un cinquième interrupteur 4.5 inséré dans une connexion L3 réunissant le cheminement de conducteurs L2.l au cheminement de conducteurs LI et enfin encore un interrupteur 4.7 inséré dans le circuit d'un dispositif de pré-excitotion du champ, qui se compose d'une source de préexcitation 7, d'une inductonce 3, d'une diode 2.5 et qui ponte l'interrupteur 4.4. Le couplage en freinage selon la figure 1 fonctionne comme suit : On excite l'enroulement de champ 1.2 du moteur à courant continu ' au moyen d'un montage de préexcitation, qui n'a pas été représenté, et une tension est induite dans l'induit 1.1. Au moyen d'un dispositif de mesvre qui n'est pas représenté dons ns le schéma, en mesurant la tension Un présente sur les bornes d'entrée du montage on détermine si le réseau d'ali mentation est en mesvre d'absorber de l'énergie. Ceci est le css lorsque la tension est en dessous d'une certaine voleur. Dans ce cas, on n'amoce pas le thyristor 2.2, de sorte qu'il ne passe pas de courant dans le circuit comprenant 1 résistance de freinage 3.1.La tension induite dans l'induit du moteur détermine la circulation d'un courant dans le conducteur L2 et dans la partie inférieure de 1 résistance 3.1, dans le cas où la tension induite est supérieure à celle qui est présente sur la ligne, c'est-à-dire à la tension du réseau, ce courant s'écoule dans la ligne par la diode 2.6, par l'inductince L et peut alimenter d'autres véhicules circulant sur le réseau. Le courant revient des rails par le conducteur L.1 à l'autre borne de l'induit du moteur à courant continu 1. Le courant d'excitation du champ suit un chemin analogue par le conducteur L2, par la partie 3.1 de la résistance, l'enroulement de champ 1.2, le thyristor principal 5.1 du hacheur électronique, le conducteur LI pour revenir à l'induit 1.1 du moteur à courant continu 1. Avec un cadencement convenable du hacheur électronique 5, on règle la tension présente aux bornes de l'induit 1.1 du moteur, de manière à obtenir un courant correspontant au couple de freinage désiré. Si lo tension présente sur le réseau dépasse une certaine valeur, ce qui indique que le réseau n'est pas en mesure d'absorber de l'énergie, on amorce le thyristor 2.2. Au moyen de la diode 2.7, on assure l'extinction du thyristor 2.2 en synchronisme avec celle du hacheur électronique 5. Si l'information "le réseau ne peut pas absorber" est toujours présente, il se produit un nouvel amorçage du thyristor 2.2 Dans ce cas, l'énergie de freinage est dirigée dans Ici la résistance de freinage 3.1, c'est-à-dire que le courent de l'induit 1.1 du moteur passe par la résistance de freinage 3.1, par le thyristor 2.2 et revient à l'induit 1.1 du moteur. La valeur du courant d'excitation et, par conséquent, celle eussi du courunt de freinage, est déterminée là aussi par le rupport de manipulation du ha- dieur électronique 5. Pendant le temps de non-conduction du hacheur électronique 5, le courant d'excitation continu a eirculer par la diode de roue libre 2.3 et par ici partir 3.2 le 1 résistance de freinage Le montage pour la marche en traction et en freinage selon la figure 2 fonctionne comme suit : en régime traction, les interrupteurs 4.1, 4.2, 4.3 et 4.4 sont Fermés, les interrupteurs 4.5 et 4.7 sont ouverts.Dans ces conditions, en régime de traction, le courant circule de la ligne de contact 6 à travers l'interrupteur 4.3 fermé, le hacheur électronique 5, la diode 2.1, }'induit du moteur 1.1 et par le conducteur L2 il cboutit au rail (potentiel de la terre). Durant les temps d'ouverture, c'est-à- dire de conduction du hacheur électronique 5, l'enroulement d'excitation 1.2 n'est pas traversé par le courant qui vient de la ligne de contact. Pendant le temps de non-conduction du hacheur é ectronique, en raison de l'inductance propre de l'induit du moteur 1.1, le courant d'induit continue à circuler et il posse alors par l'interrupteur 4.1 qui est fermé et par le thyristor 2.2, pour revenir à l'induit du moteur 1.1. Le dispositif d'amorçage du thyristor n1 est pas représenté dans le schéma. Pour la mor- en en traction, ce thyristor joue le rôle de 1 diode de roue libre de l'induit, et il faut par conséquent qu'il reçoive chaque fois une impulsion d'amorçage, à l'expiration de la marge de blocage du hacheur.Comme le temps de reblocage dépend de l'intensité du courant d'induit, on modifie l'intervalle de temps qui s'écoule entre l'impulsion d'amorçage du thyristor d'extinction du hacheur électronique 5 et l'impulsion d'cmorçoge du thyristor 2.2 en fonction du courant d'induit. Pendant le temps de conduction du hacheur électronique 5, alors qu'aucun courant en provenance de l'induit du moteur 1.1 ne peut passer por l'enroulement inducteur 1.2, le courant d'excitation, maintenu par l'inductance propre de l'enroulement de champ 1.2, continue à circuler en passant par la diode de roue libre 2.3 et l'interrupteur 4.2 qui est fermé, pour revenir à l'enroulement de champ 1.2.Lorsque les impulsions de courant envoyées dans le circuit d'induit par le hacbeur électronique 5 sont rel-tivement courtes, l'enroulement de champ 1.2 travaille avec la pleine excitation, tandis qu'avec des impulsions longues, venant du hacheur électronique 5, l'enroulement de champ n'est parcouru que par un courant dont la valeur effective est plus petite, de sorte que lorsque la tension croit sur l'induit dv moteur 1.1, il se produit une diminution du courant dans l'enroulement de champ 1.2, un effet d'affaiblissement du champ, par conséquent, ou de "shuntage". En régime de traction, les diodes 2.4, 2.5 et 2.6 sont soumises à des tensions inverses, de sorte qu'elles ne missent passer aucun courant dans les branches de circuits où elles se-trouvent. Dans le couplage "Freinage", les contacts des interrupteurs 4.5 et 4.7 sont fermés, les autres contacts d'interrupteurs 4.1 à 4.4 sont ouverts. Un courant de préexcitation fourni par lo batterie pnsse par l'interrupteur 4.7, la diode 2.5, l'inductance 8, le conducteur L2 la partie 3.2 de la résistance de freinage par l'enroulement de champ 1.2, la diode 2.4, la hacheur électronique 5 It conducteur de liaison t3, l'interrupteur 4.5 et revient à la batterie.La tension induite de ce fait dans l'enroulement d'induit 1.1 fait circules un courant dans le conducteur L2, la partie 3.2 de lc résistance de freinage ! l'enroulenent de champ 1.2, la diode 2.4, la hacheur électronique 5 et ce courant se referme par la diode 2.1 sui l'induit du mo teur 1.1. A l'aide d'un dispositif de mesure qu n est pas represente dans le schéma, on mesure la tension Un présente sur les bornes d'entrée du montage, et on détermine ainsi, si le réseau d'alimentation est en mesure d'absorber de l'énergie. Ceci est le cas, s cette tension est inférieure à une certaine valeur. Dand ce cas, il ne se produit pas d'amor çage du thyristor 2.2.La valeur du courant d'exsitation est détarminée par le rapport de manipulation du hacheur élactronique 5. Fendant le temps de non-conduction du hacheur électronique 5 le courant d'excitation continue de circuler alors par la diode de roue libre 2.3 er pa au partie inférieure de lda résistance de freinage 3.1. En même temps. un courant de freinage par récupération circule en partant de l'induit do moteur1.1 3.2 par le conducteur 12, la partie ########re de la resistance de fre'nofge 3.1, la diode 2.6, le conducteur L4, le conducteur L@@@ l'inductance -, va dans le réseau, et revient du potentiel de la terre par le conducteur L2.1, l'interrupteur 4.5, le conducteur L3 à l'induit du moteur 1.1. Si la tension présente sur le réseau excède une certaine valeur, ceci indiquant que le réseau n'est pas en mesure d'absorbet de 'énergie, on nmorce alors le thyristor 2.2, chaque fois ensemble avec 1- hacheur électronique 5. L'énergie de freinage est alors envoyée dans la résistance de freinage 3.1, le courant partant de l'induit du mateur 1.1 passe par la résistance de freinage 3.1, le thyristor 2.2 et revient à l'induit au moteur 1.1. L'intensité du courant d'excitation, e par conséquent celle aussi du courant de freinage, sont déterminées là égaiement par le rapport de manipulation du hacheur électronique 5. Pendant le temps de nonconduction du hacheur électronique 5 le courant d'excitation continue à circuler par 1 diode de roue libre 2.3 et par la partie 3.2 de la résistance de freinage. L'utilisation du montage selon l'invention permet done de réaliser un fonctionnement en freinage combiné, avec freinage par' récupération et freinage sur résistance. En régime traction, le thyristor2.2 du circuit de freinage joue ici le rôle d'interrupteur de commande du courant de roue libre de l'enroulement d'excitation. En régime de freinage, la partie 3.2 de la résistance devient résistance combinée de freinage et de circuit de roue libre de l'enroulement de champ. La diode 2.6 joue le rôle de diode de découplage par rapport ou réseau et la diode 2.3 établit une liaison avec le circuit d'extinction du hacheur électronique 5, qui permet d'éteindre le thyristor 2.2 du circuit de la résistance de freinage en même temps que le thyristor principal 5.2 du hacheur électronique. REVENDICATIONS 1. Montage pour le fonctionnement d'un moteur à courant continu réglé en vitesse de rotation, en particulier pour l'entraînement d'un véhicule, en traction et en freinage, alimenté en régime de traction à partir d'une source de courant continu par l'intermédiaire d'une induc- tance et d'un hacheur électronique, avec une résistance de freinage et une première diode branchée en parallèle avec l'enroulement d'excitation ainsi qu'avec des interrupteurs pour réaliser le changement de couplage nécessaire des éléments composants pour passer de la marche en traction @u freinage et inversement, l'enroulement d'excitftion avec une soupape en série étant branchée, pour la marche en traction, en prallèle avec l'induit du moteur tandis que pour le freinage c'est le groupement en série de la résistance de freinage et de la soupape qui est branché en parallèle avec l'induit du moteur, caractérisé par le fait que la soupape (2.2) est une soupape commandée, qu'entre la diode d'extinction (5.3) du hacheur électronique (5) et l'une des bornes de la résistance (3.1) est branchée une deuxième diode (2.7) et que, pour le fonctionnement en freinage, une troisième diode (2.6) est bronchée entre l'une des bornes de l'enroulement d'excitation (1.2) et l'une des bornes de l'inductance (L) (fig. t). 2. Montagé pour le fonctionnement en traction et en freinage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus à l'aide desquels, en régime traction on amorce le thyristor (2.2) à l'expiration d'un intervalle de temps déterminé après l'impulsion d'amor çage du thyristor (5.2) du hacheur électronique (5). 3. Montage pour le fonctionnement en traction selon la revendication 2, caractérisé par le ftit que des moyens sont prévus, à l'aide desquels l'intervalle de temps qui sépare l'impulsion d'amorçage du thyristor (2.2) de l'impulsion d'amorçage du thyristor d'extinction (5.2) est élaboré en fonction de la valeur de l'intensité du courant d'induit. 4. Montage pour le fonctionnement en traction et en freinage selon la revendication 1, coractérisé pr le feit que pour le fonctionnement en freinage des moyens sont prévus, grce auxquels l'amorçage du thyristor (2.2) n'est autorisé que si une valeur de tension minimale déterminée est présente sur le condensateur (C). 5. Montage pour le fonctionnement en freinage selon ta revendicotion 4, caractérise'- par le f@it que des moyens sont prévus à l'aide desquels les impulsions d'amorçage du thyristor (2.2) sont émises a l'expiration d'un intervalle de temps réglable, alors l'impulsion d'amorçage du thy ristor d'extinction (5.2) dans le hacheur électronique (5). 6. Montage pour le fonctionnement en freinage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus, à l'aide desquels l'intervalle de temps séparent les impulsions d'amorçage du thyristor (2.2) des impulsions d'amorçage du thyristor d'extinction (5.2) est élaboré au moyen d'un régulateur en fonction de la valeur de la tension présente sur le condensGteur (C). 7. Montage selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé par le fait qu'une quatrième diode (2.4) est branchée entre l'entrée du h-- cheur électronique (5) et le conducteur (L4) réunissant l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation (1.2) du moteur d'entraînement à 1- première diode (2.3) (fig. 2). 8. Montage selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé par le fait qu'une deuxième diode (2.7) est branchée dans le sens passant entre l'anode du thyristor (2.2) et la cathode de la diode d'extinction (5.3) du hacheur électronique (5) (fig.2). 9. Montage selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé par le fait que li résistance (3.1) est pourvue d'une prise où est raccordée l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation (1.2), qu'il est prévu un premier interrupteur (4.1) dont l'une des bornes est reliée à la connexion réunissant 1- première diode (2.3) à l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation (1.2) son autre borne étant reliée à lo première borne de la résistance (3.1), un deuxième interrupteur (4.2) relié d'une p:rt par l'une de ses bornes à la prise de l résistance (3.1) qui est reliée à lti deuxième extrémité de l'enroulement d'excitation (1.2) et d'autre part par son deuxième borne à 1::: première diode (2.3) ainsi qu'à la deuxième borne de 1 résistance, ainsi qu'un troisième interrupteur (4.3) qui relie la source de courant par l'intermédiaire de l'inductance (L) à l'entrée du hacheur électronique, qu'il est prévu en outre un quatrième interrupteur entre l'une des armatures du condensateur (C) (potentiel de 1 terre) et la connexion (L2) et que pour la marche en traction le premier interrupteur (4.1), le deuxième interrupteur (4.2), le troisième interrupteur (4.3) ainsi que le quatrième interrupteur (4.4) sont fermés, tendis que pour le fonctionnement en freinte tous les interrupteurs ci-dessus sont ouverts et qu'au moyen d'un interrupteur supplémentaire (4.5) on réunit 1- sortie du hacheur électronique (5) u potentiel de la terre (fig. 2).