Brevet FR2521922A1 — publié le 19830826

La présente invention se rapporte à des systèmes de freinage pour véhicules mus électriquement et, en particulier, à des systèmes qui tirent énergie d'un conducteur extérieur. I1 est courant d'utiliser un moteur électrique pour entraîner un véhicule, tel qu'un train, avec énergie électrique fournie par un conducteur extérieur, typiquement un troisième rail le long de la voie. Etant donné que le train opère sur un mode freinage aussi bien que sur un mode moteur ou accélérateur, il est désirable d'utiliser la capacité récupératrice du moteur pour fournir l'énergie au conducteur et freiner ainsi le véhicule. Là où le véhicule opère sur un circuit bouclé avec un autre véhicule, l'énergie produite pendant le mode freinage par un véhicule peut être utilisée pour entratner l'autre véhicule et, par conséquent, réduire la consommation d'énergie globale. Si les moteurs du véhicule demandent une aiimenta- tion c.c., l'alimentation du conducteur comprendra un redresseur c.a./c.c. latéral. En l'état actuel de la technologie, les redresseurs emploient des techniques recourant à des semi-conducteurs, ce qui fait que le redresseur n'est capable de fournir l'énergie que dans une seule direction, ctest-à-dire un flux d'énergie de la source extérieure au conducteur. Cependant, en utilisant le freinage par récupération, énergie récupérée peut excéder les besoins du système, par exemple dans le cas de deux véhicules freinant simultanément en partant d'une vitesse élevée.Etant donné que l'énergie récupérée ne peut revenir à la source extérieure, la tension du conducteur peut augmenter et être portée à un niveau excessif et incontrôlé se traduisant par l'endommagement du redresseur. I1 est bien entendu possible de dessiner le système de freinage par récupération de façon qu'il n'ait pas la capacité d'augmenter la tension au-dessus d'une valeur maxi mum désirée, mais ceci aboutirait à une perte de capacité de freinage dans la plupart des circonstances, une diminution du rendement global du système et un plus grand emploi des freins mécaniques. Dans certains cas, une résistance de fuite de grille montée sur le véhicule peut titre introduite dans le circuit d'entrée c.c. ou directement dans le circuit du moteur, ce qui permet uo freinage électrique à plein régime sans fournir l'énergie récupérée au système c.c.. Certaines applications interdisent cependant l'emploi de résistances montées sur le véhicule pour une raison d'encombrement. L'objet de la présente invention est, par conséquent, d'éviter ou d'atténuer les désavantages ci-dessus et de fournir un système de freinage qui utilise les possibilités de freinage par récupération du moteur électrique. Selon la présente invention, il est prévu un système de freinage par récupération comprenant un moteur électrique, un conducteur extérieur raccordé audit moteur pour transférer l'énergie entre ledit moteur et une source, un moyen sensible pour reconnaître la tension dans ledit conducteur extérieur et un moyen de contrôle pour contrôler le rendement dudit moteur, ledit moyen de contrôle étant actionnable pour réduire le rendement dudit moteur, lorsque le moyen sensible reconnatt une tension prédéterminée dans ledit conducteur, et réduire ainsi la capacité génératrice d'énergie dudit moteur. Une forme de réalisation de la présente invention est décrite, uniquement à titre d'exemple, dans ce qui suit, en se reportant aux dessins annexs, suivant lesquels La fig. 1 est une vue en élévation schématique d'une portion d'un système de véhicule sur rails, La fig. 2 un montage montrant un système de con trône pour le véhicule représenté à la fig. 1, La fig. 3 un graphique représentant pour une vitesse du véhicule donnée la relation entre la poussée et la vitesse du moteur à différentes fréquences appliquées, La fig. 4 un graphique montrant la relation entre la vitesse du véhicule et la poussée de freinage pour un véhicule contrôlé par le circuit de la fig. 2 et La fig. 5 une courbe montrant la relation entre l'alimentation et la vitesse du véhicule pour un véhicule opérant sur le mode freinage sous le contrôle du circuit de la fig. 2. En se reportant à la fig. 1, un système de véhicule sur rails comprend un véhicule 10 supporté par un chariot 12 sur une paire de rails parallèles 14. Une unité motrice 16 est montée sur le chariot 12 et reçoit l'énergie électrique d'un conducteur extérieur 18 par l'intermédiaire d'un capteur 20. Dans la forme de réalisation représentée, l'unité motrice 16 est un moteur d'induction linéaire (LIM) et le système de véhicule sur rails est muni d'un rail de réaction 22 positionné sous l'unité motrice 16 et entre les rails 14. L'énergie fournie à l'unité motrice 16 produit ainsi une force entre l'unité motrice 16 et le rail de réaction 22 pour propulser le véhicule 10. L'unité motrice 16 est contrtlée par le circuit représenté à la fig. 2. L'énergie provenant du redresseur c.a./c.c. fournie au conducteur extérieur 18 est transmise par le capteur 20 è un inverseur 26. L'inverseur 26 fournit à l'unitif motrice 16 par l'intermédiaire de la ligne 28 une alimentation c.a. dont la fréquence est contrôlée pour produire le mouvement requis du véhicule. La sortie de l'inversaur 26 est contrôlés par un signal de contrôle du courant à 11 entrée 30 et un signal de cantre da la fréquence à l'entrée 32. Le signal de contrôle du courant est tiré d'un contrôle de la poussée 34, manuel ou automatisé, qui envoie un signal proportionnel au courant requis à la ligne 28. La poussée du moteur est proportionnelle au carré du courant fourni, un extracteur de racine étant interposé entre le contrôle du moteur 34 et une jonction de sommation 38 pour linéariser le système. Un signal indicatif de la valeur du courant dans la ligna de sortie 28 est envoyé à la jonction de sommation 38 par la ligne de réaction 40 et soustrait du signal de contrcle de la poussée. La différence des deux signaux est envoyée à un amplificateur 42 pour produire le signal de contrôle du coulent à l'entrée 30. L'inverseur 26 fournit, par conséquent, du courant jusqu'à la vitesse requise à la ligne 28. Le signal de contrôle de la fréquence est tiré d'un tachymètre monté sur roue 44 qui produit un signal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse du véhicule 10. La sortie du tachymètre est fournie par lintermé- diaire de la ligne 46 à la jonction de sommation du moteur 48 et à la jonction de sommation du freinage 50. Un générateur de signaux de 5 Hz 52 est raccordé à la jonction de sommation du moteur 48 et est ajouté au signal du tachymè tre pour produire un signal de sortie à la ligne 54 supérieur de 5 Hz au signal du tachymètre. La ligne 54 est raccordée par l'intermédiaire d'un interrupteur de moteur 56 et d'un limiteur de vitesse 58 à l'entrée de l'inverseur 32. Similairement, un générateur de signaux de 5 Hz 60 est raccordé à la jonction de sommation du freinage 50, mais est soustrait du signal du tachymètre. La sortie de la jonction de sommation du freinage dans la ligne 62 est inférieure, par conséquent, de 5 Hz au signal du tachymètre et est fournie par l'intermédiaire d'un interrupteur de freinage 64 à l'entrée de l'inverseur 32. Les interrupteurs 62 et 64 sont contrôlés par un sélecteur de mode 66 qui opère pour fermer l'interrupteur 56 quand la propulsion par le moteur 16 est requise ou pour fermer- l'interrupteur 64 si le freinage par le moteur 16 est requis. Ainsi, à l'accélération du véhicule 10 à partir du repos, le sélecteur de mode 66 ferme l'interrupteur 56 pour fournir à l'inverseur 26 un signal correspondant à 5 Hz. L'inverseur 26 tire le courant du conducteur 18 et fournit le courant c.a. comme déterminé par le contrôle de la poussée 34 à la ligne 28 à +5 Hz pour accélérer le véhicule 10. A mesure que la vitesse du véhicule augmente, le signal de fréquence du tachymètre 44 augmente de telle sorte que le courant dans la ligne 28 est fourni à une fréquence supérieure de 5 Hz à la fréquence synchrone correspondant à la vitesse du véhicule.A mesure que la vitesse du véhicule approche la vitesse opératoire maximum, le limiteur de vitesse 58 modifie le signal de fréquence de telle sorte que jusqu'S une valeur prédéterminée un signal constant est envoyé à l'entrée 32 pour empecher une nouvelle accélération du véhicule. Pour décélérer le véhicule 10, le sélecteur de mode 66 ferme l'interrupteur 64 et ouvre l'interrupteur 56. Le signal envoyé à la borne 32 de l'inverseur 26 est maintenant inférieur de 5 Hz à la fréquence synchrone, ce qui fait que l'unité motrice 16 fournit l'énergie au conducteur 18, ce qui se traduit par une poussée négative ou force de freinage. L'effet sera mieux mis en lumière en se reportant à la fig. 3, laquelle montre une courbe de la poussée par rapport à la vitesse du véhicule à différentes fréquences et à un courant constant I. La courbe montrée comme étant n fn " designe la courbe obtenue au courant I en alimentant le moteur à une fréquence correspondant à la vitesse S du véhicule, c'est-à-dire la fréquence produite par le tachymètre 44. On voit que la poussée de pointe ralentit la vitesse du véhicule et a la valeur zéro à la vitesse S de celui-ci. La courbe désignée fn +5 est la courbe correspondant à l'alimentation avec le sélecteur de mode dans une condition moteur et l'interrupteur 56 fermé. On voit ici que la poussée de pointe correspond à la vitesse S du véhicule indiquant la poussée opératoire de pointe pour l'unité motrice 16. On peut faire varier la valeur de pointe de la poussée en faisant varier le courant d'alimen tation, comme l'indiquent les courbes partielles I1 et 2 De cette manière, la poussée de l'unit motrice 16 peut titre modifiée pour compenser la résistance au mouvement et une vitesse constante peut être obtenue. La courbe désignée fn -5 indique la courbe obtenue quand on opère au mode freinage avec l'interrupteur 64 fermé. On voit que l'unité motrice opère maintenant à la poussée négative maximum, c'est-à-dire l'effet de freinage maximum à la vitesse S du véhicule. Cela est indiqué par le point A sur la courbe fn -5. On voit d'après la fig. 5 qu'au point A l'unité motrice 16 fournit l'énergie maximum au conducteur 18 pour la vitesse S du véhicule. A mesure que la vitesse du véhicule 10 diminue, la fréquence produite par le tachymètre 44 diminue de telle sorte que le glissement entre la fréquence synchrone de l'unité motrice 16 et la fréquence d'alimentation reste constant. La poussée de freinage suit ainsi la courbe fn -5 de la fig. 4, indiquant que la poussée de freinage augmente à mesure que la vitesse du véhicule diminue, tandis que la fig. 5 montre que l'énergie fournie diminue. A mesure que la fréquence de l'alimentation approche O Hz, le véhicule aura encore une vitesse avant, ce qui est désigné par le point B aux fig. 4 et 5. A ce point, la rotation de phase de l'alimentation de l'inverseur 26 à l'unité motrice 16 est inversée de telle sorte que l'inverseur entrain maintenant effectivement l'unité motrice 18 dans une direction inverse. Cette condition, couramment dObommée n freinage par inversion ", demande l'énergie du conducteur 18, comme l'indique la ligne BC de la fig. 5. Dans des conditions opératoires normales, l'éner- gie fournie par l'unité motrice 16 pendant le freinage peut titre utilisée pour entraSner un autre véhicule sur la boucle. Si cependant le système ne peut absorber l'énergie fournie, la tension du conducteur 18 tendra à s'élever, étant donné que le redresseur 24 ne peut transmettre l'énergie dans une direction inverse. Pour éviter cette condition, tout en fournissant un système qui puisse utiliser le freinage par récupération, la capacité récupératrice de l'unité motrice 16 est modifiée, en réduisant ainsi l'énergie fournie au conducteur 18. En se reportant maintenant à la fig. 2, la variation de la capacité récupératrice est obtenue dans la forme de réalisation préférée par deux générateurs de signaux 67, 68 raccordés par l'intermédiaire des lignes 70, 72 et des interrupteurs 74, 76 respectivement à la jonction de sommation du freinage 50. La sortie des générateurs de signaux 67, 68 est réglée par la sortie du tachymètre 44 fournie par l'intermédiaire de la ligne 78 de telle sorte que, à mesure que la vitesse du véhicule diminue, la sortie des générateurs de signaux 67, 68 diminue aussi. Les interrupteurs 74, 76 sont contrôlés par les verrous 80, 82 qui sont actionnés à leur tour par les détecteurs de seuil 84, 86. Les détecteurs de seuil sont raccordés au capteur 20 et sont par conséquent soumis à la tension du conducteur 18. Le détecteur-de seuil 84 est réglé pour fournir un signal de sortie lorsqu'un premier niveau de tension, disons 720 voltssst atteint dans le conducteur 18. Cette tension étant obtenue, le verrou 80 ferme l'interrupteur 74 pour envoyer un signal " d " du générateur de signaux 67 à la jonction de sommation du freinage 50. Le signal n d n est soustrait du signal du tachymètre de telle sorte que le signal dans la ligne 62 a maintenant une valeur (fn -5-d). Ainsi qu'on peut le voir d'après la fig. 3, l'effet de réduction de la fréquence d'alimentation par d est de déplacer la courbe caractsris- tique vers l'abscisse de telle sorte qu?à la vitesse S du véhicule la poussée négative a la valeur indiquée par le point D. La poussée de freinage est ainsi diminuée, mais l'énergie fournie au conducteur 18 est aussi diminuée ainsi qu'on peut le voir à la fig. 5. A mesure que la vitesse du véhicule diminue, la valeur du signal n d n diminue aussi jusqu a ce qu'au point B elle soit zéro et que la poussée de freinage et la géneration d'énergie correspondent à celles obtenues avec le glissement de 5 Hz. Si la tension dans le conducteur 18 continue au-delà du seuil réglé par le détecteur 84, 1 détecteur de seuil 86 opèrera à une tension plus élevée, disons 840 volts, et amènera le verrou E2 à fermer L'inte-rupteur 75. Un signal du générateur de signaux 68 sera envoyé à la jonction de sommation 50 de telle sorte que le signal envoyé à l'entrée de l'inverseur aura une valeur fn -5-e pour augmenter le glissement dans l'unité motrice 16. Cet effet est représenté à la fig. 3 sous la forme de la courbe fn -5-e et on peut voir qu'à la vitesse S du véhicule la poussée négative est de nouveau réduite jusqu'au point E. Le signal du générateur 68 diminue à mesure que la vitesse du véhicule diminue de telle sorte qu'au point B il est de nouveau 0. La valeur du signal du générateur 68 est choisie de telle sorte qu'il n'est pas fourni d'énergie au conducteur 18 d'un bout à l'autre de la gamme de vitesses du véhicule 10, comme le montre la courbe fn -5-e de la fig. 5. Lorsqu'on opère sur le freinage par récupération minimum, c'est-à-dire sur la courbe fn -5-e, le freinage du véhicule est complété par les freins mécaniques classiques. Pendant ce temps, la tension dans le conducteur peut diminuer, mais pour éviter un cyclage entre les freins mécaniques et le freinage par récupération les verrous 80, 82 sont maintenus fermés jusqu'à ce qu'ils soient remis à zéro par la ligne de remise à zéro 83 contrôlée par le sélecteur de mode 66. La ligne de remise à zéro 83 est activée quand le sélecteur de mode 66 est déplacé de la fonction " frein " à la fonction " moteur n et ouvre les interrupteurs 74, 76 et remet à zéro les verrous 80, 82. Le système décrit ci-dessus est particulièrement utile quand il est utilisé avec un moteur d'induction linéaire, étant donné que l'énergie cinétique absorbée pendant le mode freinage est dissipée soit sous la forme d'alimentation du conducteur 18, soit sous la forme e chaleur fournie au rail de réaction 22. Ainsi, l'unité motrice 16 peut opérer à une capacité récupératrice relativement basse sans effets défavorables dans l'unité motrice 16. De plus, on peut voir que la variation de la capacité récupératrice est obtenue d'une manière relativement simple et que ltem- ploi de la ligne de remise à zéro 83 empêche un cyclage indésirable entre les modes de freinage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté, telles qu'un contrôle proportionnel unique au lieu des détecteurs 84, 86 pour produire un accroissement du glissement à mesure que la tension augmente plutôt que des réponses pas à pas. Ou encore, le générateur de signaux 67 peut aussi être non linéaire pour produire des variations non linéaires dans la fréquence de glissement et une alimentation et une poussée de freinage accrues sur une portion de la gamme de vitesses du véhicule. REVENDICATIONS 1. Système de freinage par récupération et système de contrôle pour moteur à induction permettant un tel freinage, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique (16), un conducteur extérieur (18) raccordé audit moteur pour transférer l'énergie entre ledit moteur et une source, un moyen sensible (84, 86) pour reconnaitre la tension dans ledit conducteur extérieur et un moyen de contrôle (67, 68, 74, 76) pour contrler la capacité récupératrice dudit moteur, ledit moyen de contrôle étant actionnable pour réduire ladite capacité récupératrice, lorsque ledit moyen sensible reconnaît une tension prédéterminée dans ledit conducteur, et réduire ainsi l'énergie fournie par ledit moteur au conducteur. 2. Système de freinage par récupération suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur électrique est un moteur ê induction et ledit moyen de contrôle est actionneble pour augmenter la fréquence de glissement entre la fréquence synchrone dudit moteur et la fréquence pilote fournie audit moteur. 3. Système de freinage par récupération suivant la revendication 1, caractérisé an ce que ledit moyen de contr- le comprend un moyen de verrouillage (80, 82) pour maintenir ledit moteur à ladite capacité récupératrice réduite, lorsque la réduction de ladite tension dans ledit conducteur est audessous de ladite valeur prédéterminée. 4. Système de freinage par récupération suivant la revendication 3, caractérisé an ce qu'il comprend un moyen de commande (66) pour conditionner ledit moteur d'un mode freinage à un mode moteur et dans lequel ledit moyen de commande comprend un moyen de remise à zéro (83) actionnable pour libérer ledit moyen dd verrouillage (80, 82) lorsque ledit moteur est conditionné audit mode moteur. 5. Système de freinage par récupération suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de signalisation (44) pour produire un signal dépendant de la vitesse du véhicule (67, 68), ledit moyen de signalisation étant actionnable par ledit moyen de contrôle pour modifier la réduction de la capacité récupératrice lors d'une réduction de la vitesse du véhicule. 6. Système de freinage par récupération suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen sensible comprend un premier moyen de détection (84) actionnable pour produire une première réduction de la capacité récupératrice an atteignant une première tension dans ledit conducteur et un second moyen de détection (86) actionnable pour produira une nouvelle réduction de la capacité récupératrice en atteignant une seconds tension dans ledit conducteur. 7. Système d'entranement et de freinage pour un véhicule, caractéri.é en ce qu'il comprend un moteur électrique (16), un moyen d'alimentation (18) pour fournir l'énergie d'une source extérieure audit moteur, un moyen de commande (66) pour conditionner ledit moteur dans une première condition dans laquelle ledit moteur reçoit l'énergie de ladite alimentation pour entraîner ledit véhicule ou dans une seconds condition dans laquelle ledit moteur fournit l'énergie à ladite alimentation pour freiner ledit véhicule, un moyen de contrôla (52, 60, 67, 68) pour contrôler le rendement dudit moteur et un moyen sensible (84, 86) pour reconnattre la tension dudit moyen d'alimentation, ledit moyen de contrôle étant actionnabla lorsque ledit moteur est dans ladite seconde condition pour réduire le rendement dudit moteur et réduire ainsi la capacité génératrice d'énergie de celui-ci, lorsque ledit moyen sensible raconnatt une tension prédéterminée audit moyen d'alimentation. 8. Système de contrôle pour un moteur à induction pour permettre par ce moyen le freinage par récupération, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'alimentation en courant (18) pour raccorder ledit moteur et une source ex térieure, un moyen de contrôle de la fréquence (26) pour contrôler la fréquence à laquelle ledit courant est fourni audit moteur, ledit moyen de contrôle de la fréquence comprenant un générateur de fréquence synchrone (44) pour fournir un premier signal indicateur de la fréquence synchrone dudit moteur, un générateur de fréquence (52, 60) de glissement pour produire un second signal proportionnel à la fréquence de glissement, un moyen de contrôle de mode (66) pour conditionner ledit moyen de contrôle de la fréquence soit à un mode moteur dans lequel lesdits premier et second signaux sont ajoutés pour augmenter la fréquence d'alimentation et la porter au-dessus de ladite fréquence synchrone de ladite source audit moteur, soit à un mode freinage dans lequel lesdits premier et second signaux sont soustraits pour réduire la fréquence d'alimentation dudit moteur et la porter au-dessous de ladite fréquence synchrone pour fournir l'énergie dudit moteur à ladite source, et un Moyen de modification du glissement (67, 68) actionneble audit mode freinage pour réduire de nouveau ladite fréquence d'alimentation, ledit moyen de modification du glissement étant contrôlé par le moyen sensible (84, 86) pour reconnaitre la tension de ladite source extérieure, ee per quoi lorsque ladite tension atteint une valeur prsditsrwi- bée ledit moyen de modification du glissement réduit la fré quence d'alimentation pour réduire la capacité récupératrice dudit moteur. 9. Système de contrôle suivant la revendication 8, caractérisé an cs que ledit moyen de modification du glissement comprend un générateur de signaux (67, 68) dont la sortie est directement proportionnelle à la fréquence synchrone dudit moteur. 10. Système de contrôle suivant la revendication 9, caractérisé an ce qu?il comprend un moyen de verrouillage (80, 82) pour maintenir ladite nouvelle réduction jusqu'rus ce que ledit moyen de contrôla de mode conditionne ledit moyen de contrôle de la fréquence à ladite condition moteur.