Brevet FR2399155A1 — publié le 19790223

La présente invention concerne un dispositif électronique de puissance, alimentant un moteur de traction à courant continu, à excitation séparée ou compound, qui permet un passage quasiment instantané de l'état traction en moteur à l'état freinage en génératrice et réciproquement sans nécessiter l'utilisation d'un appareillage électromécanique. On sait que la transition traction-freinage peut être obtenue soit par inversion de la polarité aux bornes de l'induit soit par inversion du courant d'induit. Dans ce dernier cas la polarité aux bornes du moteur garde le même sens, de même que le flux dans les pales principaux. Pour opérer la transition, il s'agit donc d'inverser le courant d'induit par rapport au flux généré par l'inducteur. L'alimentation des moteurs de traction est réalisée soit à travers un rhéostat de démarrage, soit par lqntermédiaire d'un circuit électronique comportant un hacheur dont l'allumage et l'excitation se font sur commande. Jusqu'à maintenant il était nécessaire de contrôler l'annulation du courant moteur pour autoriser la transition traction-freinage (ou réciproquement) car cette transition qui se faisait par l'intermédiaire de contacteurs ne pouvait avoir lieu que lorsque le courant moteur était annulé. Dans les systèmes dassiques la transition était réalisée à la suite d'un délai de trois à quatre secondes. Le dispositif selon la présente invention permet de s'affranchir de cette servitude. Fn effet, l'ordre de transition de traction en freinage ou de freinage en traction est exécuté quasi immédiatement (délai de l'ordre de la milliseconde) quel que soit le courant initial dans le moteur. La présente invention a pour objet un dispositif électronique d'alimentation du moteur à courant continu à excitation compound ou séparée comprenant un enroulement d'excitation séparé et le cas échéant un enroulement compound en série avec l'induit du moteur. Il comporte entre une borne de polarité positive et une borne de polarité négative d'une source d'alimentation, une première branche comportant l'enroulement d'excitation séparée dudit moteur et un hacheur d'excitation séparée, une première diode de roue libre étant disposée aux bornes dudit enroulement d'excitation séparée, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre, entre lesdites bornes une deuxième branche comprenant dans l'ordre, un thyristor de traction, un hacheur principal une diode de traction, ledit enroulement compound et ledit induit du moteur et en dérivation sur ladite diode de traction, ledit enroulement compound et ledit induit de moteur un thyristor de freinage, les anodes desdits thyristors, dudit hacheur et de ladite diode de traction étant du côté de ladite borne positive; une troisième branche comportant dans l'ordre une diode de récupération et une seconde diode de roue libre, les cathodes desdites diodes étant du c8té de ladite borne positive, l'anode de ladite diode de récupération étant reliée d'une part à la cathode de ladite diode de traction, d'autre part, à la cathode dudit thyristor de traction par l'intermédiaire d'une diode de freinage dont l'anode est reliée à l'anode de ladite diode de récupération. L'invention sera mieux comprise à l'étude de l'exemple donné ci-après en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente un schéma électronique du dispositif d'alimentation et la figure 2 représente un graphique des différents ordres donnés aux différents composants commandés ainsi que leurs états. Comme on le voit sur la figure 1 il s'agit de l'alimentation d'un moteur I à courant continu à excitation compound comprenant un enroulement 2 d'excitation séparée, un enroulement compound 3 en série avec l'induit 4 dumoteur. 1l est à noter que le principe de fonctionnement serait identique dans le cas d'un moteur à excitation séparée, l'enroulement compound 3 étant à supprimer sur le schéma. Le moteur 1 fonctionne en tant que moteur au cas où il est utilisé en traction et en tant que génératrice au cas où il est utilisé en freinage. En traction et en freinage, I'enroulement à excitation séparé 2 est toujours parcouru dans le même sens. Par contre, le courant doit parcourir l'induit et éventuellement l'enroulement compound dans un certain sens en traction et dans le sens inverse en freinage. En liaison avec la ligne d'alimentation, des bornes 5 (positive) et 6 (négative) fournissent le potentiel servant à l'alimentation du moteur en traction ou au contraire servent à renvoyer l'énergie en provenance du moteur 1 fonctionnant en génératrice dans le cas du freinage par récupération. En dérivation sur les bornes 5 et 6 il existe une première branche 7, une seconde branche 8 et une troisième branche 9. La branche 7 comporte un hacheur 10 d'excitation séparé dont le sens passant va de la borne 5 à la borne 6 et I'enroulement 2 d'excitation séparée aux bornes duquel est disposée une diode Il de roue libre montée en sens inverse du hacheur 10.La branche 8 comporte un thyristor de traction 12 dont l'anode est disposée côté borne positive 5, ensuite un hacheur principal 13 dont le thyristor principal est disposé dans le même sens que le thyristor de traction 12, le point commun au hacheur principal 13 et au thyristor de traction 12 étant référencé E ; ensuite une diode de traction 14 disposée dans le même sens que le thyristor de traction 8 et séparée du hacheur principal 13 par le point commun F ; ensuite l'induit 4 et éventuellement ltenroulement compound 3 et dans tous les cas l'induit 4 du moteur 1. Le point commun de la diode de traction 14 et du moteur 1 est le point A. Le point B est la borne de l'induit 4 qui est en liaison avec la borne négative 6. En dérivation sur FB est disposée une connection comportant un thyristor de freinage 15 dont l'anode est relié à F.La branche 9 comporte une diode de récupération 16 et une diode de roue libre 17 dont les cathodes sont du coté de la borne positive 5. Dans la connection entre la cathode de la diode de roue libre 17 et l'anode de la diode de récupération 16 sont disposés deux points C et D, le point C étant relié au point A de la branche 8 et le point D étant relié à l'anode d'une diode de freinage 18 dont la cathode est reliée au point E de la branche 8. Le système décrit jusqu'ici permet le fonctionnement du moteur en traction et en freinage par récupération. Pour le freinage rhéostatique, il peut être adjoint entre le point D et la borne 6 des résistances de feinage 19 en série avec un thyristor de freinage rhéostatique 20. Le principe de fonctionnement est le suivant: Dans tous les cas, que ce soit en traction ou en freinage, l'enroulement d'excitation séparée 2 du moteur est alimenté en courant à l'aide du hacheur 10 et de la diode de roue libre 11. Le courant circule toujours dans le même sens dans cet enroulement 2. Dans le cas de la traction, le thyristor de traction 12 reçoit des impulsions d'allumage sur sa gachette alors que le thyristor de freinage 15 n'en reçoit pas. Le hacheur principal 13 reçoit des ordres successifs de laisser passer le courant ou de l'arrêter. Lorsqu'en traction, le hacheur principal 13 conduit, le courant vient de la borne 5, passe par le thyristor de traction 12, le hacheur principal 13, la diode de traction 14, l'enroulement compound 3 (éventuellement) et l'induit 4 du moteur pour se refermer sur la borne 6. Dans le moteur 1, on remarque que le courant suit le sens de A vers B. Toujours en traction, lorsque le hacheur principal 13 s'éteint, le thyristor de traction 12 ne conduit plus ; il ne peut y avoir coupure brutale du courant dans le moteur ; le courant moteur a tendance à diminuer et un circuit est prévu pour le boucler sur lui-même.Pour courtcircuiter le moteur, le courant lancé dans le moteur passe toujours dans le sens AB, emprunte la diode de roue libre 17 de la branche 9 et se referme de C vers A. Dans le cas du freinage par récupération, le thyrîstor de freinage 15 reçoit des impulsions d'allumage sur la gâchette et le thyristor de traction 12 ne reçoit pas d'impulsions d'allumage sur la sienne. Le hacheur principal 13 reçoit des ordres de passage ou de blocage. Lorsqu'en freinage par récupération, le hacheur principal 13 n'est pas conducteur, le courant en provenance de la borne 6 parcourt le moteur dans le sens de B vers A, puis les connections AC, CD puis la diode de récupération 16 avant de se refermer sur la borne 5. Ainsi le courant de récupération circule par le moteur et la diode de récupération 16. La force électromotrice du moteur fonctionnant en génératrice est alors égale à la tension d'alimentation de la ligne Ceci survient aux grandes vitesses de rotation de roues entraihant l'induit du moteur, la force électromotrice du moteur est suffisante à vide et le moteur s'adapte en récupération à ia tension de ligne. Lorsqu'en freinage par récupération, les vitesses des roues sont faibles, la force électromotrice du moteur fonctionnant en génératrice est inférieure à la tension d'alimentation. Pour permettre au courant de s'établir, on court-circuite le moteur en allumant le hacheur principal 13 et le thyristor de freinage 15. Le courant du moteur va de B en A, emprunte C, D, la diode de freinage 18, E, le hacheur principal 13, F, le thyristor de freinage 15 et se referme en B. Lorsque le courant a de nouveau atteint une valeur suffisante on coupe le hacheur principal 13, le courant s'annule par conséquent dans la diode de freinage 18 et le thyristor de freinage 15 et circule à nouveau avec la valeur voulue dans la diode de récupération 16. Dans le cas du freinage rhéostatique, un disjoncteur bipolaire (non représenté) disposé entre la ligne et les bornes 5 et 6 est ouvert. Lorsque le hacheur principal 13 est rendu non conducteur, l'allumage du thyristor de freinage rhéostatique 20 permet le passage du courant moteur dans le sens B vers A, puis A vers C, puis C vers D, puis de D vers B à travers les résistances de freinage 19 et le thyristor de freinage rhéostatique 20. Lorsque le hacheur principal 13 est rendu conducteur on réduit la valeur apparente de la résistance de freinage en court-circuitant le moteur de manière identique à celle du freinage par récupération. La transition freinage-traction s'obtint en un premier temps en allumant le hacheur principal 13 et le thyristor de freinage 15 de façon à annuler le courant dans le thyristor de freinage rhéostatique 20. Ensuite on éteint le hacheur principal 13 pour obtenir l'extinction du thyristor de freinage 15. Dans ce dispositif on peut noter qu'en aucun cas il ne doit y avoir conduction simultanée du thyristor de traction 12 et du thyristor de freinage 15 sinon les bornes 5 et 6 seraient court-circuitées. Selon la présente invention il est réalisé un blocage du hacheur principal 13 pendant une durée de tordre d'une milliseconde au moins à partir de l'ordre de traction ou de l'ordre de freinage afin de permettre le blocage du thyristor de traction 12 et du thyristor de freinage 15 pour s'assurer qu'ils ne conduisent pas en même temps. En effet comme les composants sont disposés en série avec le hacheur principal 13, l'extinction de ce dernier entrain automatiquement l'extinction du thyristor de traction 12 (cas de la transition traction-freinage) et du thyristor de freinage 15 (cas de la transition freinage-traction). Sur la figure 2 on voit une représentation 21 de l'état traction (niveau haut 22) et de l'état freinage niveau bas 23) la discontinuité 24 represente l'ordre de passage en freinage ; la discontinuité 25 représente l'ordre de passage en traction. Le graphique 26 représente dans son niveau haut 27 l'autorisation d'allumage du thyristor de traction 12 et dans son niveau bas 28 l'interdiction d'allumage du thyristor de traction 12. Les impulsions 29 représentent les impulsions d'allumage envoyées sur la gâchette du thyristor de traction 12. Le graphique 30 représente dans son niveau haut 31 l'autorisation d'allumage du thyristor de freinage 15 et dans son niveau bas 32 l'interdiction d'allumage du thyristor de freinage 15. Les impulsions 33 représentent les impulsions d'allumage envoyées sur la gâchette du thyristor de freinage 15. o Le graphique 34 représente dans son niveau haut 35 l'autorisation de conduction du hacheur principal 13 et dans son niveau bas 36 l'interdiction de conduction du hacheur principal 13. La durée de 36 est de l'ordre d'une milliseconde permettant la transition traction-freinage ou freinage-traction. La référence 37, représente l'état de conduction du hacheur principal 13, le niveau haut 38 signifiant que le hacheur 13 conduit, le niveau bas 39 signifiant que le hacheur I3 est bloqué. Les impulsion 40 sont des impulsions d'horloge espacées de une à trois millisecondes servant à commander la conduction du hacheur principal ainsi que la synchronisation des impulsions 29 et 33. Le début de l'état 36 d'interdiction du conducteur du hacheur principal 13 est commandé par l'ordure de passage en freinage 24 ou l'ordre de passage en traction 25. La cessation de l'état bloqué 39 du hacheur 13 ne peut être commandée par l'impulsion 40 si celle-ci est comprise pendant la durée du crèneau 36. Le thyristor de freinage 15 n'est allumé qu'à deux conditions, lorsque sa gâchette en reçoit l'ordre et lorsque le hacheur principal 13 est en état de conduction. Il n'est conducteur qu'en freinage. Le thyristor de traction 12 n'est allumé aussi qu'à ces deux conditions. I1 n'est conducteur qu'en traction. Les transitions traction-freinage-traction sont quasiment instantanées puisque pour passer d'un état à l'autre, il suffit d'éteindre le thyristor de traction ou le thyristor de freinage initiaiement conducteur en maintenant le hacheur principal 13 à l'état bloqué pendant un temps suffisant, soit par exemple, une milliseconde. Le dispositif selon l'invention a en outre le grand avantage de garantir un chemin de bouclage au courant lancé dans le moteur quel que soit son état de fonctionnement, à travers la diode de roue libre 17 en traction et à travers la diode de récupération 16 en freinage. II n'y a ainsi aucun risque de surtension dû a' une brusque coupure de circuit d'alimentation. Les applications sont du domaine ferroviaire ou routier. REVENDICATIONS 1/ Dispositif électronique d'alimentation de moteur à courant continu à excitation séparée comportant entre une borne de polarité positive et une borne de polarité négative d'une source d'alimentation une première branche comportant un enroulement d'excitation séparée dudit moteur et un hacheur d'excitation séparée, une première diode de roue libre étant disposée aux bornes dudit enroulement d'excitation séparée, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre, entre lesdites bornes une deuxième branche comprenant dans l'ordre, un-thyristor de traction, un hacheur principal, une diode de traction et un induit dudit moteur et en dérivation sur ladite diode de traction et ledit induit du moteur un thyristor de freinage, les anodes desdits thyristors, dudit hacheur et de ladite diode de traction étant du coté de ladite borne positive ; une troisième branche comportant dans l'ordre une diode de récupération et une seconde diode de roue libre, les cathodes desdites diodes étant du c8té de ladite borne positive, l'anode de ladite diode de récupération étant reliée d'une part a' la cathode de ladite diode de traction, d'autre part, à la cathode dudit thyristor de traction par l'intermédiaire d'une diode de freinage dont l'anode est reliée à l'anode de ladite diode de récupération. 2/ Dispositif électronique d'alimentation de moteur à courant continu à excitation compound comprenant un enroulement d'excitation séparée et un enroulement compound en série avec l'induit du moteur et comportant entre une borne de polarité positive et une borne de polarité négative d'une source d'alimentation une première branche comportant l'enroulement d'excitation séparée dudit moteur et un hacheur d'excitation séparée, une première diode de roue libre étant disposée aux bornes dudit enroulement d'excitation séparée, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre, entre lesdites bornes une deuxième branche comprenant dans l'ordre, un thyristor de traction, un hacheur principal une diode de traction, ledit enroulement compound et ledit induit du moteur et en dérivation sur ladite diode de traction, ledit enroulement compound et ledit induit du moteur un thyristor de freinage, les anodes desdits thyristors, dudit hacheur et de ladite diode de traction étant du côté de ladite borne positive; une troisième branche comportant dans l'ordre une diode de récupération et une seconde diode de roue libre, les cathodes desdites diodes étant du côté de ladite borne positive, l'anode de ladite diode de récupération étant reliée d'une part à la cathode de ladite diode à traction d'autre part, à la cathode dudit thyristor de traction par l'intermédiaire d'une diode freinage dont l'anode est reliée à l'anode de ladite diode de récupération. 3/ Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite troisième branche comporte en dérivation entre le point commun à l'anode de ladite diode de récupération et l'anode de ladite diode de freinage et ladite borne négative une connection reliant une résistance de freinage à un thyristor de freinage rhéostatique dont la cathode est reliée à ladite borne de polarité négative. 4/ Dispositif électronique selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait quela transition de la configuration traction à la configuration freinage ou réciproquement se fait dans un temps très court, de l'ordre de la milliseconde, l'extinction du thyristor de traction ou de freinage s'obtenant par une interdiction de conduction du hacheur principal pendant cette durée. 5/ Dispositif électronique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que le courant lancé dans l'induit du moteur dispose toujours d'un chemin de bouclage, en traction par ladite deuxième diode de roue libre et en freinage par ladite diode de récupération.