Brevet FR2362514A1 — publié le 19780317

L'alimentation de l'appareillage électrique équipant les voitures à voyageurs appelées à circuler sur les réseaux des différen ts pars est assurée fréquemment par Ie courant de traction, dont la tension varie d'un pays à l'autre. Les tensions les plus courantes sont, soit des tensions continues de 2 1500 V et de 3000 V, soit des tensions alternatives de 15.000 V - 16 -/3 Hz, et de 25.000 V - 50 Hz. Dans ces cas, L'énergie est dirigée sur l'appareillage électrique des voitures par une ligne collectrice, reliée à la ligne de contact, par l'intermédiaire du pantographe de la locomotive. Lorsque la ligne de contact conduit une tension alternative, l'alimentation se fait par l'intermédiaire d'un transformateur, qui limite à 1000 V ou à 1500 V la tension dans la ligne collectrice. Les difficultés rencontrées ne se situent pas uniquement au niveau des différences de tension, mais sont provoquées essentiellement par la diversité des appareils, dont les tensions de référence, très différentes, sont en général très nettement inférieures aux tensions conduites par la ligne collectrice. I1 s'agit, entre autres, de chargeurs pour les accumulateurs, d'appareils de cuisine, de chauffe-eau, d'appareils pour le chauffage des compartiments d'accès et des WC, ainsi que d'installations de climatisation coordonnées à des compresseurs. Parmi ces difficultés, il y a lieu de classer également les chocs de courant provoqués par le fonctionnement discontinuSde ces compresseurs. La solution du problème posé ci-dessus a déjà fait l'objet de très nombreuses propositions. Ainsi, le brevet allemand n 1. 563. 947 prévoit que, dans le cas où la ligne de contact conduit une tension continue, I'alimentation des différents appareils accusant des tensions de référence variées est assurée par un redresseur rotatif, à deux sorties triphasées, alors que, dans le cas où la ligne de contact conduit une tension alternative, les appareils sont alimentés par l'intermédiaire d'un transformateur et d'un certain nombre de redresseurs. Un article intitulé "Die zentrale elektrische Energie-versorgung von Reisezugwagen" (L'alimentation centrale en énergie électrique des voitures à voyageurs), paru dans la revue "Glasers Annalen", 1966, propose, dans la Figure 10 de la page 374, que deux convertisseurs statiques, branchés soit en parallèle, soit en série, en fonction de la tension continue de la ligne de contact, soient reliés chacun à un transformateur dimensionné pour la totalité de l'intensité du courant. L'équipement d'un tel circuit d'alimentation en énergie à partir de quatre systèmes de courant différents est à la fois complexe et onéreux, et présente, de plus, l'inconvénient du branchement simultané des moteurs de l'installation de climatisation et de la batterie sur l'équipement de réglage et de contrôle de cette dernière. Les circuits schématisés aux Figures 1 et 2 permettent de réaliser des économies substantielles, comparés aux circuits définis ci-dessus. Le groupe réfrigérant comporte un ou plusieurs groupes de compresseurs. Le moteur équipant le compresseur est un moteur monophasé. Dans les 2 cas où la ligne de contact conduit soit un courant alternatif de 1000 V - 16 /3Hz, soit un courant alternatif de 1500 V - 50 Hz, soit encore une tension continue de 3000 V ou de 1500 V, les moteurs des compresseurs sont alimentés en tension alternative par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/alternatif E, d'un transformateur F, d'un filtre D, ainsi que d'un redresseur C. Dans les 2 cas où l'on dispose d'une tension alternative de 1000 V - 16 /3 Hz ou de 1500 V - 50 Hz, la tension d'alimentation des charges-accus et des équipements auxiliaires est réduite à une valeur plus faible par le transformateur G.Enfin, si l'on dispose d'une tension continue de 1500 V, voire de 3000 V, le transformateur G reçoit une tension alternative dérivée à la sortiee du-convertisseur du courant continu E. L'invention permet ainsi de simplifier le circuit d'une manière non négligeable, tout en réduisant les coûts et la masse des installations. La Figure 2 représente. la ligne collectrice A qui traverse la rame et qui est reliée à la ligne de contact par l'intermédiaire du pantographe de la locomotive, et, le cas échéant, par l'intermédiaire d'un transformateur. Cette ligne collectrice est reliée à un sélecteur de tension et à une installation de groupement B. Les différentes tensions parviennent au dispositif sélecteur/ commutateur B par le disjoncteur el, le contacteur cl et le disjoncteur e2. La Figure 3 représente les circuits adaptés à une tension continue de 1500 V. Les transformateurs ml et m2 sont alimentés en tension alternative par l'intermédiaire du redresseur nl, du filtre ul et du convertisseur de courant n2. Dans le cas où l'on surseoit à la production du froid, on coupe les moteurs des compresseurs M, ainsi que, par l'intermédiaire du contacteur c2, le transformateur ml, Cette marnière de procéder, qui consiste, en fait, à ne brancher les appareils que sur le seul transformateur m2, permet de réaliser un rendement très satisfaisant sur le circuit considéré. Les circuits, correspondant à une tension continue de 3000 V, sont schématisés sur la Figure 4. En vue de maintenir les tensions secondaires à un niveau constant, la commutation des transformateurs ml et m2 est assurée par le côté primaire. La Figure 5 représente les circuits adaptés à une tension alternative Z de 1000 V - 16 /3Hz. Les appareils 3 et n3, à courant alternatif, sont alimentés en tension alternative de 1000 V, qui leur parvient par le disjoncteur e2 du dispositif de commutation B, ainsi que par l'intermédiaire du transformateur mZ. Ces ap Z pareils fonctionnent dans la gamme de fréquences entre 16 /3 Hz et 60 Hz, voire meme à des fréquences supérieures. Le redresseur nl assure la transformation de la tension alternative en tension continue, qui est destinée aux moteurs des compresseurs M. Cette tension continue parvient au convertisseur n2 par l'intermédiaire dtun filtre ul. Le convertisseur transforme la tension continue en tension alternative, et le transformateur ml alimente finalement les moteurs des compresseurs M en tension alternative. La Figure 6 reflète un circuit répondant à une tension d'alimentation alternative de 1500 V - 50 Hz. Les appareils 3 et n3, qui fonctionnent- quelle que soit la fréquence de la tension d'alimentation, sont alimentés en tension alternative par l'intermédiaire du transformateur m2 lui-m & e alimenté par une tension alternative de 1500 V - 50 Hz. L'alimentation en tension alternative des moteurs M des compresseurs se fait par l'intermédiaire du transformateur ml. La tension alternative aboutit au convertisseur n2 par l'intermédiaire du redresseur nl et du filtre ul. 2 En dirigeant les tensions d'alimentation de 1000 V - 16 /3 Hz ou de 1500 V - 50 Hz directement sur les appareils 3 et n3, on obtient un rendement très favorable. La fréquence du convertisseur n2 peut Entre modifiée pour chacun des quatre types de tension. Lorsqu'il s'agit de voitures climatisées, la fréquence du convertisseur peut wetre modifiée sous l'effet de la température qui règne à l'intérieur des voitures. Cette action directe de la température sur la fréquence provoque la modification de la vitesse de rotation du compresseur , et a fortiori la modification du rendement frigorifique. La Figure 7 représente un exemple de réalisation différent, dans lequel les moteurs des compresseurs et les ventilateurs comportent un convertisseur séparé. L'exemple de réalisation de la Figure 8 comprend un moteur dont le rotor est équipé d'un aimant permanent; et qui, coordonné à un commutateur électronique, fonctionne comme un moteur à courant continu. La Figure 9 représente un exemple de réalisation encore différent. En présence d'une tension alternative dans la ligne de contact, les chargeurs d'accus sont alimentés par l'intermédiaire du transformateur G et du redresseur H Dans le cas où cette ligne de contact conduit une tension continue, une tension alternative parvient au transformateur G par l'intermédiaire d'un filtre D et du convertisseur E. En ce qui concerne le moteur du compresseur K4 celui-ci est alimenté, dans le cas où la ligne de contact conduit une tension alternative, par l'intermédiaire du transformateur G 1, du redresseur H1 et du convertisseur J. Par contre, si cette ligne de contact conduit une tension continue, le - transformateur G1 reçoit une tension alternative par l'intermédiaire du filtre D1 et du convertisseur E1. Ce transformateur alimente enfin le moteur du compresseur par l'intermédiaire du redresseur H1 et du convertisseur J. .w REVENDICATIONS 1 - Installation d'alimentation en énergie électrique, qui peut elle-mème être alimentée par un réseau à tension alternative ou par un réseau à tension continue, et, notamment, par des réseaux conduisant soit différentes tensions alternatives élevées, soit différentes tensions continues élevées, et qui comporte des convertisseurs appropriés qui fournissent, pour le fonctionnement d'appareils le cas échéant différénts, le courant et la tension nécessaires à chacun d'entre eux, caractérisée en ce que ces convertisseurs sont structurés et branchés de manière que, lorsque l'alimentation de l'installation est assurée à partir d'un réseau à tension alternative, des transformateurs fournissent les différentes tensions de fonctionnement aux appareils dont le fonctionnement est indépendant de la fréquence, et en ce que, d'autre part, des convertisseurs appropriés fournissent les tensions ainsi que les fréquences de fonctionnement aux différents appareils dont la marche est fonction d'une fréquence déterminée, alors que, lorsque l'alimentation de l'installation est assurée à partir d'un réseau conduisant une tension continue, les convertisseurs appropriés fournissent les tensions ainsi que les fréquences nécessaires au fonctionnement, tant des appareils dont la marche est fonction d'une fréquence déterminée que des appareils dont le fonctionnement est indépendant de la fréquence. 2 - Installation d'alimentation en énergie électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que, lorsque son alimentation est assurée à partir d'un réseau à tension alternative, un seul transformateur fournit une tension de meme valeur aux appareils dont le fonctionnement est indépendant de la fréquence, et en ce qu'un seul convertisseur fournit une tension de meme valeur et une meme fréquence aux appareils dont la marche est fonction d'une fréquence déterminée, alors que, lorsque l'alimentation de l'installation est assurée à partir d'un réseau à tension continue, l'un des deux convertisseurs fournit une tension de meme valeur et une meme fréquence de fonctionnement aux appareils dont la marche est fonction d'une fréquence déterminée, tandis que l'autre convertisseur fournit une tension de fonctionnement de mseme valeur aux appareils dont le fonctionnement est indépendant de la fréquence. 3 - Installation d'alimentation en énergie électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les tensions et les fréquences nécessaires leur sont fournies par un transformateur polyphasé, ainsi que par un convertisseur de fréquence comportant un redresseur, un convertisseur de courant continu, et, le cas échéant, un transformateur de séparation polyphasé. 4 - Installation d'alimentation en énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce que, lorsqu'une ligne de contact conduit une tension continue, un convertisseur de courant continu dirige une tension alternative sur' les appareils (tels, par exemple, le chargeur d'accus, le chauffe-eau, les appareils de chauffage du compartiment d'accès et des WC), alors que, lorsque la ligne de contact conduit une tension alternative, les appareils dont le fonctionnement est indépendant de la fréquence (tels, par exemple;; leXchargeur d'accus, le chauffe-eau, les appareils de chauffage du compartiment d'accès et des WC) sont alimentés directement par l'intermédiaire d'un transformateur, et que les appareils dont la marche est fonction d'une fréquence déterminée (tels, par exemple, les moteurs des compresseurs et les ventilateurs) sont alimentés, après redressement de la tension d'entrée a) soit par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant continu, qui fournit la -tension alternative nécessaire au fonctionnement des moteurs à courant alternatif b) soit par l'intermédiaire d'un commutateur électronique, qui alimente les moteurs dont rotor est doté d'aimants permanents. 5 - Installation d'alimentation en énergie électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les appareils tels que, notamment, le chargeur d'accus, le chauffe-eau et l'appareil de chauffage du compartiment d'accès, sont alimentés conformément à la revendication 3, alors que les moteurs des compresseurs et les ventilateurs sont alimentés par un convertisseur de courant continu séparé. 6 - Installation d'alimentation en énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les appareils tels que, notamment, le chargeur d'accus, le chauffe-eau et l'appareil de chauffage du compartiment d'accès, sont raccordés conformément à la revendication 3, et que le moteur du compresseur est alimenté, tout comme le prévoit la revendication 3, par un deuxième circuit, indépendant du premier.