Brevet FR2423079A1 — publié le 19791109

La présente invention concerne un procédé pour la recharge d'accumulateurs sur des automotrices et locomotrives électriques qui comportent un réseau de bord séparé de courant alternatif ou triphasé pour des services auxiliaires, pendant le fonctionnement avec prise de courant sur ligne de contact aérienne. Elle concerne par ailleurs un dispositif pour 11 exécution d'un tel procédé. On sait que des automotrices et locomotives modernes sont equipées d'accumulateurs qui servent de batteries de secours à des fins de commande automatique et d'éclairage. Ces accumulateurs sont rechargés constamment au moyen d'un chargeur dont est équipé le véhicule, en marche dite en tampon. On connaît aussi des locomotives et des automotrices qui ne sont alimentées en énergie électrique qu'au moyen d'accumulateurs. On connaît le procédé consistant à remplacer ces accumulateurs, dès qu'ils sont déchargés, par des accumulateurs fraîchement chargés et à les recharger à poste fixe. Le rayon d'action d'un tel vehicule automoteur est limité par le remplacement nécessaire des accumulateurs lorsqu'aucune recharge n'est effectuée pendant la marche. Il existe également des véhicules automoteurs qui sont alimentés aussi bien à partir de la ligne de contact aérienne qu'à partir d'accumulateurs et dans lesquels les accumulateurs sont chargés pendant le fonctionnement avec prise de courant sur la ligne de contact aérienne. A cet effet, on utilise des chargeurs séparés qui sont installés dans le véhicule et sont réglables.Pe cette manière, le rayon d'action de ces véhicules automoteurs à alimentation mixte est augmenté lorsqu'ils fonctionnent sur la batterie. Selon la part du service avec prise de courant sur la ligne de contact aérienne dans le temps d'utilisation total, on peut mseme se passer, dans les cas favorables, d'une recharge des accumulateurs à poste fixe. Aussi bien dans le cas de la recharge à poste fixe des accumulateurs interchangeables que dans celui de la recharge pendant le fonctionnement avec prise de courant sur ligne de contact aérienne,on utilise des chargeurs séparés avec tous les appareils nécessaires de commandeset de réglage. Il existe déjà des automotrices et locomotives électriques qui comportent, outre unréseau d'alimentation pour les moteurs de marche, un réseau de bord séparé de courant alternatif ou triphasé pour des équipements de service auxiliaire. Parmi ces équipements de service auxiliaire se rangent entre autres les ventilateurs pour le refroidissement de moteurs de marche et d'équipements électroniques, des compresseurs d'air pour les freins ou la commande des portes, le réseau d'éclairage et l'équipement électronique de commande automatique et de réglage.Pour l'alimentation du réseau de bord, on utilise des inverseurs statiques autocommandés. Si l'inverseur alimente un réseau de bord de courant triphasé, on peut utiliser, pour l'entraînement des équipements de service auxiliaire, des moteurs triphasés à cage d'écureuil qui, contrairement aux moteurs à collecteur couramment utilisés antérieurement, ne nécessitent aucun entretien. L'alimentation de l'inverseur des services auxiliaires est effectuée, d'après un mode de réalisation connu en soi, à partir d'un enroulement particulier du transformateur du véhicule au moyen d'un redresseur de charge et d'une bobine de lissage, le redresseur de charge servant en même temps à la charge des batteries du véhicule. Ainsi, avec cette disposition, la batterie du vehicule est montée en parallèle sur l'entrée de l'inverseur des services auxiliaires. On connaît par ailleurs un dispositif pour la surveillance de 11 état de charge, dispositif dans lequel l'impédance en courant alternatif de l'accumulateur est mesurée en permanence. A partir de l'impédance de l'accumulateur, des conclusions peuvent être tirées sur l'état de charge de celui-ci, quels que soient la température et le lieu d' installation des accumulateurs. Un circuit de charge ou un appareil de surveillance par exemple peut être alors cormnandé avec le signal ainsi obtenu. La présente invention a pour but d'indiquer un procédé pour la charge d'accumulateurs sur des automotrices et locomotives électriques pendant le fonctionnement avec prise de courant sur ligne de contact aérienne, procédé qui rende superflu un chargeur séparé susceptibie de commande automatique et de réglage. Ce but est atteint par le fait que les accumulateurs sont chargés à partir-du réseau de bord au moyen d'un simple circuit redresseur et par le fait que la tension du réseau de bord est réglée en fonction de la tension de charge des accumulateurs. C'est un fait que la tension de service appliquée aux automotrices et locomotives actuelles au moyen de ligne de contact aérienne oscille selon la charge et que la tension du réseau de bord est par contre réglée à une valeur constante, c'est-à-dire que l'inverseur des services auxiliaires, produisant la tension du réseau de bord, est bien réglable en ce qui concerne la tension. Cette possibilité de réglage de tension est mise à profit dans le cadre de l'invention pour régler la tension du réseau de bord en fonction de la tension de charge nécessaire pour charger les accumulateurs. Il a été constaté qu'à partir d'une certaine dimension des accumulateurs à charger par rapport à la puissance des autres équipements de service auxiliaire raccordés au réseau de bord, cette solution offre des avantages économiques, ainsi que des avantages de poids et d'encombrement en comparaison de l'utilisation d'un chargeur séparé. Avec le réglage de la tension de sortie au niveau de l'inverseur des services auxiliaires en fonction de la tension de charge des accumulateurs, la tension appliquée aux équipements de service auxiliaire varie évidement elle aussi. Pour éviter que les appareils utilisateurs raccordés, en particulier les moteurs triphasés asynchrones, parviennent à la saturation, il est préférable que la fréquence de sortie soit également réglée avec la tension de sortie, de telle manière que les aires tension-temps restent constantes. Les appareils utilisateurs du réseau de bord doivent être conçus de telle manière qu'ils fournissent déjà la puissance nécessaire, même à une fréquence très basse.Le léger surdimensionnement qui est nécessaire de ce fait est largement compensé, dans le cas de moteurs triphasés qui sont relativement bon marché, par les avantages qui résultent de l'économie d'un chargeur complet, réglable et sépare. La présente invention a par ailleurs pour but de fournir un dispositif pour l'exécution du procédé de l'invention sur une locomotive alimentée parlygne de contact aérienne et accumulateurs, comportant un réseau de bord séparé pour les services auxiliaires. La solution de ce problème est caractérisée par un dispositif propre à déterminer l'état de charge des accumulateurs, à l'aide d'un inverseur des services auxiliaires pour le réseau de bord, inverseur dont la tension de bord tie est réglée en fonction de la tension nécessaire de charge des accumulateurs et dont la fréquence de sortie est réglée en fonction de la tension de sortie, par un simple redresseur et par un relais pour commuter les accumulateurs entre les états de fonctionnement 1'marche" et "charge". Il en résulte ces avantages que la tension de charge optimale est toujours mise à la disposition des accumLlateurs, qu'on fait l'économie d'un chargeur séparé, commandable et réglable, que le rayon d'action d'une locomotive ainsi équipée en marche sur batterie est considérablement augmenté en raison du fait qu'une recharge optimale permanente est effectuée en service avec prise de courant sur ligne de contact aérienne, et que la tension de la ligne de contact aérienne peut être aussi bien une tension continue qu'une tension alternative. Au cas où il s'agit, en ce qui concerne la locomotive ainsi équipée, d'un locotracteur de fond, l'encombrement des composants électroniques qui doivent être encapsulés à l'épreuve des explosions, ainsi que la puissance de perte de ces composants sont réduits. De préférence, l'inverseur des services auxiliaires est un inverseur triphasé. Il en résulte la possibilité que les moteurs triphasés asynchrones, particulièrement simple de construction et robustes peuvent être mis en oeuvre dans les équipements de service auxiliaire. De préférence, l'inverseur des services auxiliaires travaille à la cadence triple lors du fonctionnement avec prise de courant sur la ligne de contact aérienne et à la cadence de la fréquence fondamentale lors du fonctionnement à partir des accumulateurs. La cadence triple rend possible un bon réglage de la tension de sortie. En cas de fonctionnement à partir des accumulateurs, il importe par contre qusil y aitun bon rendement de tension. Pour cette raison, en cas de fonctionnement sur les accumulateurs, l'inverseur des services auxiliaires travaille à la cadence de la fréquence fondamentale, ce qui fait que la gamme de tension du réseau de bord est encore resserrée. Au sujet de la cadence d'inverseurs, on se réfèrera aux documents "ETZ-A", vol. 90 (1969), nO t4, pp. 353 à 357 et "IEEE Trans. on Industry Applications", vol. JA-9, juillet-aout 1973, pp. 482 à 491. De préférence, il est monté dans le réseau de borde en amont des équipements de service auxiliaire, une bobine de lissage qui lisse quelque peu le courant d'alimentation des appareils utilisateurs du réseau de bord. Utie bobine de lissage du courant de charge est intercalée dans la ligne entre le redresseur de charge et les accumulateurs. L'invention est ci-après expliquée à propos d'un exemple de réalisation, à l'aide du dessin annexé. Il y est représenté la partie électrique d'une locomotive alimentée sur une ligne de contact aérienne et accumulateurs.Uneligne de contact aérienne à courant continu 1 alimente, par l'intermédiaire d'une perche de trolley 2, d'un relais d'entrée 3, d'une bobine de self d'entrée 4 et d'un interrupteur à rupture brusque 5, un inverseur de traction 6 et un inverseur de services auxiliaires 9. L'inverseur de traction 6 convertit la tension continue sous la forme d'un système triphasé à fréquence variable et tension variable selon les conditions de la traction. Le système triphasé de l'inverseur 6 alimente un moteur de traction 8 par l'intennédiaire d'une bobine de self de sortie 7. La charge des accumulateurs 16 s'effectue à partir du réseau de bord triphasé 10 alimenté par l'inverseur des services auxiliaires 9, par l'intermédiaire d'un simple redresseur non commandé Il, par exemple un pont redresseur triphasé, d'une bobine de lissage du courant de charge 12, d'un relais 13 qui commute entre les positions de commutation "marche" et "charge" > la position de commutation "charge" étant représentée dans le présent exemple, et par l'intermédiaire d'une connexion par enfichage à laquelle est accouplé un interrupteur 15. Le couplage de l'interrupteur 15 avec la connexion enfichable 14 permet de remplacer les accumulateurs 1 6 sans que la connexion enfichable 14 soit sous tension, ce qui est particulièrement avantageux en cas d'utilisation de la locomotive comme autotracteur de fond. Un dispositif de mesure 17, qui peut être réalisé par exemple comme le dispositif décrit dans le brevet DE-AS 19 38 076, mesure l'état de charge des accumulateurs 16 et agit sur la tension et la fréquence de sortie de l'inverseur des services auxiliaires 9 de telle manière que la tension de charge nécessaire soit appliquée au réseau de bord 10. En même temps, l'état de charge des accumulateurs 19 peut être signalé sur un instrument indicateur 18. Dans le réseau de bord 10 est par ailleurs montée une bobine de lissage 19 qui lisse quelque peu le courant qui passe sur la ligne 20 vers les équipements de service auxilaire (non représentés). afin de réduire les pertes par suroscillation des moteurs triphasés raccordés. Dès que la locomotive doit fonctionner sur les accumulateurs 16, le relais 13 est commuté dans l'état de service 'marche" et l'inverseur des services auxiliaires 9 passe de la cadence triple à la cadence de la fréquence fondamentale et, par suite, a la tension de service maximale possible. Le dispositif de mesure 17 ne sert plus désormais qu'à surveiller l'état de charge des accumulateurs 16 : une commande de la tension dans le réseau de bord 10 en fonction de l'état de charge des accumulateurs 16 n'est pas effectuée dans l'état de service "marche", car un réglage de la tension du réseau de bord n'est pas possible en raison de la cadence de fréquence fondamentale. La tension du réseau de bord est proportionnelle à la tension des batteries. Il y a lieu de mentionner enfin que le procédé de l'invention, de même que le dispositif qui convient pour l'exécution de ce procédé fonctionnent même dans le cas où la ligne de contact aérienne est alimentée, non pas en tension continue comme dans l'exemple décrit ci-dessus, mais en tension alternative. Des circuits redresseurs qui adaptent la tension de la ligne de contact aérienne aux tensions d'entrée nécessitées par l'inverseur de traction comme par l'inverseur des services auxiliaires, sont connus en soi. REVENDI(14TIO,TS 1. Procédé pour la recharge d'accumulateurs sur des automotrices et locomotives électriques qui comportent un réseau de bord séparé à courant alternatif ou triphasé pour des équipements de service auxiliaire, pendant le fonctionnement avec prise de courant sur ligne de contact aérienne, caractérisé en ce que les accumulateurs 16 sont chargés à partir du réseau de bord 10, 20 par l'Intermédiaire d'un simple circuit redresseur Il et en ce que la tension du réseau de bord est réglée en fonction de la tension de charge des accumulateurs. -2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avec la tension du réseau de bord 10, 20, la fréquence de celui-ci est également réglée de telle manière que les aires tension-temps restent constantes. 3. Dispositif sur une locomotive alimentée sur ligne de contact aérienne et accumulateurs pour l'exécution du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de mesure 17 pour déterminer l'état de charge des accumulateurs 16, un inverseur des services auxiliaires 9 pour le réseau de bord 10, 20, inverseur dont la tension de sortie est réglée en fonction de la tension de charge des accumulateurs nécessaire et dont la fréquence de sortie est réglée en fonction de la tension de sortie par un simple redresseur de charge 11 et par un relais 13 pour commuter les accumulateurs 16 entre les états de service "marche" et "charge". 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'inverseur des services auxiliaires 9 est un inverseur triphasé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par un inverseur de services auxiliaires 9 à cadence triple lors du fonctionnement à partir de la ligne de contact aérienne 1 et à cadence à la fréquence fondamentale lors du fonctionnement à partir des accumulateurs 16. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérise en ce qu'il comprend une bobine de lissage 19 dans le réseau de bord en amont des équipements de service auxiliaire. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine de lissage du courant de charge 12 qui est montée à ia suite du redresseur de charge 11.