Brevet FR2481021A1 — publié le 19811023

*1 Lt'inontion concerne un procédé et un dispositif de contrôle du freinage électrique pour moteur à courant conti- nu, en particulier pour moteur de traction. Le problème du freinage électrique des moteurs de traction munis d'une commande par hacheur a été résolu jusqu'à présent de deux façons lorsque l'on désire maintenir l'effort de freinage aux vitesses inférieures à celle de définition du moteur de traction. On connaît d'une part (figure 1) un dispositif de o10 freinage électrique d'un moteur à courant continu dans lequel l'inducteur et l'induit du moteur sont en série, l'inducteur pouvant comprendre un shuntage variable, et dans lequel un hacheur est monté en parallèle entre la charge et le moteur de façon à permettre, lors de l'ouverture du hacheur, le débit sur la charge, même lorsque, dans le cas particulier o la charge est une source d'énergie, la force électromotrice du mo- teur fonctionnant en génératrice est inférieure à celle de la source. Ce montage a les inconvénients liés à l'instabilité de la génératrice série, o l'augmentation du courant dans l'induc- tour tend à augmenter la tension aux bornes de l'ensemble. On connaît d'autre part un dispositif de freinage électrique correspondant à la figure 2 dans lequel le moteur de traction fonctionne en génératrice débitant sur le réseau ou sur une charge quelconque. L'excitation de cette génératrice est commandée par un ensemble hacheur-inducteur branché en pa- rallèle aux bornes de l'induit de la génératrice. Un tel sys- tème ne permet de régler le champ d'excitation du moteur que par le hacheur. Pour des cas de fonctionnement o le courant dans l'inducteur doit être faible vis-à-vis du courant de l'induit, ce procédé devient difficile à appliquer car le ha- cheur doit fonctionner avec un rapport cyclique très faible et des problèmes d'instabilité apparaissent de ce fait. L'un des buts de l'invention est d'éliminer les inconvénients des dispositifs connus en donnant plus de sou- plesse au contrôle du freinage électrique de ces moteurs. Un autre but de l'invention est d'assurer avec des moyens simples le contrôle du freinage électrique des moteurs de traction, aussi bien en cas de freinage rhéostatique qu'en cas de freinage par récupération. L'invention a pour objet un procédé de contrôle du freinage électrique pour moteur à courant continu du type dans lequel l'inducteur et un hacheur sont montés en paral- lèle sur l'induit, entre l'induit et la charge, caractérisé en ce que le contrôle du freinage est exercé à la fois par action sur le courant dans l'induit au moyen du hacheur, et par action sur le courant dans l'inducteur au moyen d'un shuntage contrôlé dudit inducteur. L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle du freinage électrique pour moteur à courant continu du type dans lequel l'inducteur et un hacheur sont montés en parallèle sur l'induit, entre l'induit et la charge caractérisé en ce qu'il comporte, en parallèle sur ltinduc- teur, un dispositif de shuntage contrôlé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif de shuntage contrôlé est statique ou électro- mécanique, et son fonctionnement est continu ou discontinu. Selon un mode de réalisation particulier de l'in- vention, le dispositif de shuntage contrôlé comporte une ré- sistance et un thyristor en parallèle. D'autres caractéristiques de l'invention ressor- tent de la description qui suit faite avec référence au des- sin annexé sur lequel on peut voir: Figure 1 un schéma dtun dispositif de freinage électrique d'un premier type connu; Figure 2 un schéma d'un dispositif de freinage d'un deuxième type connu; Figure 3 un schéma symbolique d'un dispositif de contrôle du freinage électrique d'un moteur à courant continu selon l'invention; Figure 4 un schéma symbolique d'un mode de réalisa- tion d'un dispositif de contrôle de freinage électrique selon l'invention appliqué au cas d'un freinage par récupération; Figure 5 un schéma symbolique d'un mode de réalisa- tion dtun dispositif de contrôle de freinage électrique selon l'invention appliqué aux cas du freinage rhéostatique et du freinage par récupération. Sur la figure 1, on a désigné par 'induit du moteur fonctionnant en génératrice, par 2 l'inducteur, par 3 son système dce shuntage variable, par 4 un régleur de courant continu appelé communément hacheur et par 5, un récepteur pouvant être soit une charge quelconque, soit le réseau d'ali- mentation. Une self 6 est destinée à emmagasiner l'énergie lors de la conduction du hacheur. Une diode de blocage 7 est nécessaire si le récepteur est une source électrique. Sur la figure 2, les références 1, 2 et 4 à 7 désignent les mêmes éléments que sur la figure 1, et la réfé- rence 8 représente une résistance fixe destinée à éliminer la composante alternative due au fonctionnement du hacheur 4 et placée aux bornes de l'inducteur 2. Le hacheur est en série avec ledit inducteur, et le tout en parallèle avec le récepteur et avec l'induit 1. La figure 3 donne le schéma simplifié du dispositif conforme à l'invention. Sur ce schéma l'induit 1 d'une généra- trice à courant continu débite dans le récepteur 5 via la self 6 et la diode de blocage 7, lorsque le hacheur 4 est ou- vert. En parallèle avec l'induit 1 muni de la self 6 sont disposés en série le hacheur 4 et l'inducteur 2 de la généra- trice. Un bloc de shuntage 9 est disposé en parallèle avec l'inducteur 2 pour doser le courant d'excitation dans celui- ci. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Lorsque le hacheur 4 est ouvert, l'induit 1 de la génératrice débite dans le récepteur 5 grace à la conduction do la diode 7. La force électromotrice E de la génératrice étant maintenue inférieure à la tension UR du récepteur 5, test 1léneergie magnétique emmagasinée dans la self 6 dans la phase qui précède (phase de conduction du hacheur) qui est libérée pour faire circuler ce courant débité. Dans la phase suivante, le hacheur 4 est rendu conducteur, la diode 7 se bloque et la génératrice alimente son propre circuit inducteur 2. La self 6 se charge en énergie ma- gnétique, tandis que le courant la traversant augmente. Si I désigne le courant moyen dans l'inducteur 2 et J le courant i nduit fourni par l' induit 1, pour régler le courant induc- tour à la valeur I désirée (I Z J), on dérive le surplus de courant (J - I) dans le bloc de shuntage 9. Ce dernier peut être du type électromécanique, c'est-à-dire comportant des contacteurs et des résistances, ou statique, c'est-à-dire comportant des thyristors ou tran- sistors associés ou non à des résistances. Suivant les cas, le taux de shuntage peut varier de façon continue ou discon- tinue. Le mode de fonctionnement décrit fait ressortir les points essentiels suivants: - la force électromotrice développée par l'induit 1 de la génératrice est inférieure à la tension UR du récepteur 5; - le hacheur 4 travaille donc en élévateur de tension; - le surplus de courant (J - i) passe dans le bloc de shuntage 9. L'avantage apporté par une telle disposition est qu'il existe deux paramètres de commande pour assurer les per- formances dynamiques de freinage électrique: - l'angle d'ouverture courant inducteur I (ou courant d'excitation). Sur la figure 4, le récepteur 5 est constitué par un filtre (self 10 et condensateur 11) branché sur le réseau 12 de tension U, et le dispositif de shuntage est de type statique. Il comprend: - une résistance 8 de shuntage permanent pour dériver les ondulations du courant et le surplus de courant (J-I) pendant les périodes o le hacheur 4 est fermé, c'est-àdire allumé, et o le thyristor 13 est encore bloqué; - un thyristor de shuntage 13 fonctionnant avec un rap- port cyclique s et dans la self de l'inducteur. - une diode 15 branchée entre le point de raccordement du thyristor 13 au hacheur et l'inducteur 2, pour faciliter le blocage du thyristor 13 lorsque le hacheur 4 est bloqué. L'exemple décrit est relatif au cas du freinage électrique par récupération et le récepteur est dans ce cas le réseau 12. Dans cet exemple, les deux paramètres de contrôle sont: - le rapport cyclique c pas limité à l'exemple décrit dans la figure 4. Par ailleurs, le récepteur 5 peut être constitué par une résistance et dans ce cas le freinage électrique est du type rhéostatique. La diode 7 peut alors être supprimée. Il n'est pas non plus exclu que le récepteur 5 puisse être la cobminaison des deux types précédents, on a alors le cas de freinage électrique combiné: rhéostatique et/ou par récupération comme le montre la figure 5, dans laquelle est prévue une résistance 16 pour le freinage rhéostatique. Avec le procédé selon l'invention, le contrôle du freinage est exercé à la fois et indépendamment, par action sur le courant dans l'induit (rapport cyclique du hacheur) et par action sur le courant dans l'inducteur (rapport cycli- que du bloc de shuntage). REVENDI C A T I ON S 1.- Procédé de contrôle du freinage électrique pour moteur à courant continu du type dans lequel l'inducteur et un hacheur sont montés en parallèle sur l'induit, entre ltinduit et la charge, caractérisé en ce que le contrôle du freinage est exercé à la fois par action sur le courant dans l'induit au mbyen du hacheur, et par action sur le courant dans l'inducteur au moyen d'un shuntage contrôlé dudit induc- teur. 2.- Dispositif de contrôle du freinage électrique pour moteur à courant continu du type dans lequel l'inducteur et un hacheur (4) sont montés en parallèle sur l'induit (1), entre l'induit (1) et la charge (5), caractérisé en ce qu'il comporte, en parallèle sur l'inducteur (2), un dispositif (9) de shuntage contrôlé. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de shuntage est du type électroméca- nique et à fonctionnement discontinu. 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (9) de shuntage est statique et à fonctionnement discontinu. 5.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de shuntage (9) comporte une résistance (8) et un thyristor (13) en parallèle. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de shuntage (9) comporte une diode de roue libre en parallèle sur l'inducteur. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une diode (15) est prévue entre le point de raccorde- ment du thyristor (13) au hacheur (4) et l'inducteur (2).