Equipement de traction électrique de véhicule Diesel-électrique Dans un véhicule Diesel-électrique, on dé sire utiliser la puissance fournie par le Diesel dans une gamme de vitesse du véhicule aussi étendue que possible, sans réduction du rende ment de la transmission.
Dans un tel véhicule, la puissance mécani que fournie par le moteur Diesel est transfor mée, dans la génératrice principale, en puis sance électrique. La génératrice délivre cette puissance aux moteurs de traction sous une certaine tension. Il s'agit de maintenir constant le produit de cette tension par le courant, et cela sur une gamme aussi étendue que possible de vitesses du véhicule. Mais la tension de la génératrice ne peut croitre au-dela d'une cer taine limite déterminée par sa construction.
Pour augmenter la vitesse des moteurs de trac tion au-delà de celle correspondant à cette ten sion limite, il y a deux possibilités a) diminuer le courant dans les moteurs, mais cela a l'inconvénient de diminuer la puissance utile ; b) affaiblir le champ d'excitation des mo teurs de traction ; dans ce cas le courant peut rester constant lui aussi. Il n'y a donc pas, dans ce cas, de diminution de la puissance utile.
Cette deuxième façon de procéder est fré quemment appliquée de la façon suivante : on shunte l'enroulement d'excitation au moyen de résistances. Mais ce moyen simple dépend de l'action du mécanicien ; si celui-ci oublie de re mettre à zéro son levier de shuntage, il dimi nue l'effort de traction aux basses vitesses d'une manière indésirable.
Pour éviter cette dépen dance du mécanicien, on a déjà pensé à alimen ter l'enroulement d'excitation du moteur de traction par l'intermédiaire d'une source séparée contrôlée par le courant de la génératrice prin cipale, de façon à diminuer fortement le cou rant d'excitation des moteurs de traction lors que le courant débité par la génératrice princi pale atteint la valeur correspondant à sa ten sion maximum.
Cette solution, telle qu'elle a été réalisée jusqu'ici, offre l'inconvénient de nécessiter tou jours une source supplémentaire. L'invention vise à remédier dans la plupart des cas à cet inconvénient en utilisant, au lieu d'une tension fournie par une source séparée, une tension qui de toute façon est présente dans un équipement Diesel-électrique.
La présente invention a pour objet un équi pement de traction électrique de véhicule Die sel-électrique, comprenant une génératrice prin cipale entraînée par un moteur Diesel et alimen tant au moins un moteur de traction, et com prenant au moins une source dont la tension est sensiblement constante. L'équipement selon l'invention est caractérisé en ce que ledit moteur de traction comporte un enroulement d'excita tion alimenté par une tension égale à la diffé rence entre la tension de ladite source et une tension fonction de la tension d'excitation de la génératrice principale. Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, trois formes d'exécution de l'équipement selon l'invention. Les fig. 1, 2 et 3 sont trois diagrammes ex plicatifs.
Les fig. 4, 5 et 6 représentent les schémas des connexions de ces trois formes d'exécution.
Dans les équipements que l'on va décrire on applique aux enroulements d'excitation du ou des moteurs de traction, une tension variant en fonction du courant d'induit de ces moteurs selon une courbe ayant l'allure de celle repré sentée en pointillé sur la fig. 1 et qui se rappro che de la droite en traits pleins visible sur cette figure. Cette droite représente les ampères- tours d'excitation (ordonnées) d'un moteur à excitation série pure (enroulement d'excitation non shunté), en fonction du courant d'induit (abscisses) de ce moteur.
Dans la forme d'exécution selon la fi-. 4, on voit en 1 le moteur Diesel, en 2 son régu lateur commandant un rhéostat 3. En 4 on voit la génératrice principale, en 5 une excitatrice et en 6 une génératrice auxiliaire ; toutes trois sont entrainées par le moteur Diesel 1. 7 et 8 représentent deux moteurs de traction dont les induits sont alimentés directement en parallèle, par la génératrice principale 4.
En 9 on a représenté l'enroulement d'exci tation de la génératrice principale, alimenté par l'excitatrice 5. Les polarités aux bornes de 5 et 6 étant celles représentées sur la fige. 4, on voit que l'ensemble des enroulements d'excitation (disposés en série) 10 et 11 des moteurs de traction sont alimentés par la différence entre la tension de la génératrice auxiliaire 6, qui est à peu près constante dans toutes les con ditions de fonctionnement, et la tension d'exci tation de la génératrice principale, qui est ici la tension aux bornes de l'excitatrice, et qui elle varie sous l'effet du régulateur du moteur Die sel, qui tend à maintenir constante la puissance absorbée par la génératrice principale.
L'excitatrice pourrait d'ailleurs être à exci tation séparée seulement ou à excitation combi née séparée et contre-compound, comme cela se fait habituellement, pourvu que la tension d'excitation de la génératrice principale main tienne une puissance constante à l'arbre du Die sel, ce qui peut être réalisé par exemple en ré glant cette tension par un régulateur. Pour que ce soit le cas, il faut que, lorsque le courant débité par la génératrice augmente la tension aux bornes de la génératrice, elle, diminue dans le même rapport.
On remarquera que sur la fig. 4 le rhéostat 3 est en série avec l'enroulement d'excitation séparée 12 de l'excitatrice 5, dont l'enroulement d'excitation shunt est visible en 13. Un enrou lement 15 est prévu pour donner à la caracté ristique une allure tombante, lorsque le cou rant qu'elle fournit augmente. Il sert à limiter la puissance du régulateur de champ. Sa présen ce n'est pas indispensable.
La fia. 2 montre l'allure de la variation des deux tensions d'excitation, celle de la généra trice principale, réglée par le régulateur 2, 3 (soit<I>VI),</I> et celle des moteurs de traction (soit V2), en fonction du courant 1 fourni par la génératrice principale aux moteurs de traction. La tension VI, qui est celle de l'excitatrice 5, est réglée de la façon suivante par le régula teur 2, 3. Si par exemple le véhicule aborde une rampe, le courant fourni par la génératrice principale va augmenter. La tension aux bor nes de cette génératrice ne diminuera pas suffi samment d'elle-même pour que la puissance absorbée reste constante. En conséquence la vi tesse du moteur Diesel va diminuer. Son régu lateur de puissance va donc augmenter l'injec tion.
En même temps, il actionne le rhéostat 3, ce qui a pour effet de diminuer la tension four nie par l'excitatrice 5.
La droite horizontale d'ordonnée cons tante<I>VO</I> représente sur ce diagramme une ten sion constante, ici celle de la génératrice auxi liaire 6, qui pourrait être, dans une variante, celle d'une batterie d'accumulateurs, par exem- ple. Cette tension n'a d'ailleurs pas besoin d'être rigoureusement constante ; elle pourrait sans in convénient présenter de légères variations, de moins de 5 à 10 % par exemple.
Le diagramme selon la fig. 1 correspond à celui selon la fig. 2, en ce sens que les ordon nées de la courbe pointillée de la première fi gure sont proportionnelles à la différence d'or données (V2) des deux lignes en traits pleins de la seconde. L'équipement que l'on vient de décrire a donc cette particularité que l'enroule ment d'excitation des moteurs de traction est alimenté par la différence entre une tension à peu près constante<I>(VO)</I> et une tension (V1 <I>)</I> diminuant de telle façon, lorsque le courant débité par la génératrice principale augmente, que la puissance absorbée par cette génératrice soit constante.
La tension<I>VI</I> diminue de la façon indiquée sous l'effet du régulateur 2, 3 comme expliqué plus haut.
La fig. 3 montre, en traits pointillés, l'allure de la courbe du flux produit par l'enroulement d'excitation des moteurs de traction 7, 8, en fonction du courant d'induit 1 de la génératrice principale qui alimente les moteurs de traction.
Dans une variante, chaque moteur pourrait présenter plusieurs enroulements d'excitation. Dans ce cas la courbe en trait pointillé représen terait le flux produit par les ampères-tours ré sultant de l'action des différents enroulements. L'enroulement d'excitation 10, respective ment 11, est alimenté à la tension V2. Lorsqu'il y a plusieurs enroulements d'excitation par mo teur, l'un au moins d'entre eux doit être ali menté à cette tension V2.
La courbe en trait plein représente sur la fig. 3, pour comparaison, l'allure de la courbe du flux dans le cas où il s'agirait non pas de l'équipement selon la fi-. 4, mais d'un équipe ment comprenant des moteurs à excitation série comme on les emploie habituellement. On voit que, pour de faibles valeurs du courant d'in duit 1 (à l'exception de la région où ce cou rant s'annule) le flux obtenu avec l'équipement selon la fi-. 4 est nettement plus faible que le flux du moteur à excitation série - ce qui permet de limiter la tension de la génératrice principale -, tandis qu'aux fortes intensités la différence est faible.
La fig. 5 représente le schéma des con nexions de la seconde forme d'exécution. Il s'agit ici du cas d'une génératrice principale 4 (les mêmes numéros de référence représentent sur les fig. 4 et 5, des organes correspondants) à réglage direct, donc sans excitatrice séparée.
Sur la fig. 5, la génératrice principale est à excitation composée directe (sans excitatrice) ; elle possède un enroulement d'excitation shunt 9, un enroulement d'excitation anticompound 15 et un enroulement d'excitation séparée 14. On voit sur cette figure que le rhéostat 3 com mandé par le régulateur 2 est branché dans le circuit d'excitation séparée 14 de la génératrice principale.
La tension utilisée pour alimenter les enroulements d'excitation 10 et 11 des mo teurs de traction, est constituée par la diffé- rence entre la tension sensiblement constante de la génératrice auxiliaire 6 et la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation séparée 14 de la génératrice principale. Cette dernière ten sion dépend de la chute de tension dans le rhéostat 3, et est produite par le courant d'ex citation traversant l'enroulement 14 de la géné ratrice principale.
La fig. 6 représente le schéma des con nexions d'une troisième forme d'exécution dans laquelle le rhéostat 3 du régulateur de champ commandé par le régulateur 2 du moteur Die sel agit simultanément sur l'excitation séparée 14 de la génératrice principale et sur des en roulements d'excitation 16 et 17 des moteurs de traction.
La génératrice principale 4 est à excitation composée directe (sans excitatrice) ; elle com prend en plus de son enroulement d'excitation séparée 14 un enroulement d'excitation shunt 9 et un enroulement d'excitation anticompound 15. Ce dernier est en fait l'enroulement d'exci tation - ou mieux de désexcitation-série. On l'appelle anticompound en raison de son effet soustractif.
Les moteurs de traction possèdent chacun deux enroulements d'excitation: d'une part un enroulement 10, 11 alimenté par la dif férence entre la tension de la génératrice auxi liaire 6 et la tension aux bornes de l'enroule- ment d'excitation séparée 14 de la génératrice principale ; d'autre part, un enroulement 16, 17 alimenté par la génératrice 6 à travers le rhéos tat 3 et en série avec l'enroulement 14 de la génératrice principale. Les considérations émi ses dans la description de la fig. 4 au sujet du rôle joué par les enroulements 10, 11 des mo teurs de traction, restent valables dans ce cas.
Les équipements décrits offrent, du fait de l'emploi de moteurs à excitation séparée, l'avantage supplémentaire de permettre leur uti lisation avec n'importe lequel des systèmes con nus de freinage électrique (avec ou sans com- poundage) des moteurs de traction à excitation séparée, sans nécessiter soit l'emploi de résis tances additionnelles dissipant en pure perte de l'énergie, soit une génératrice spéciale à fai ble tension et courant élevé comme cela est le cas lorsque l'on a un moteur à excitation série pure.
Dans des variantes, le nombre des moteurs de traction pourrait être différent de deux. On pourrait aussi prendre une autre tension que celle d'excitation de la génératrice principale, pour former la différence avec une tension à peu près constante, cette différence constituant la tension d'alimentation de l'excitation du ou des moteurs de traction, car une autre tension variant avec la même allure que la tension d'ex citation de la génératrice principale, pourrait aussi convenir.
On pourrait avoir affaire, dans d'autres for mes d'exécution, à des moteurs compound. Les moteurs peuvent d'ailleurs, selon les cas être branchés en série, en parallèle ou en série-pa- rallèle.
Il est entendu que l'expression équipe ment de traction de véhicule Diesel-électrique n'est pas limitée au cas d'une locomotive ou d'un véhicule routier ou tous terrains, mais est prise d'une façon générale, s'appliquant, par exemple, au cas d'un bateau.
Diesel-electric vehicle electric traction equipment In a diesel-electric vehicle, it is desired to use the power supplied by the diesel in as wide a vehicle speed range as possible, without reducing the efficiency of the transmission.
In such a vehicle, the mechanical power supplied by the diesel engine is transformed, in the main generator, into electrical power. The generator delivers this power to the traction motors under a certain voltage. It is a question of maintaining constant the product of this tension by the current, and this over a range as wide as possible of speeds of the vehicle. But the voltage of the generator cannot increase beyond a certain limit determined by its construction.
To increase the speed of the traction motors beyond that corresponding to this limit voltage, there are two possibilities: a) to reduce the current in the motors, but this has the drawback of reducing the useful power; b) weaken the excitation field of traction motors; in this case the current can also remain constant. There is therefore no reduction in the useful power in this case.
This second way of proceeding is frequently applied in the following way: the excitation winding is bypassed by means of resistors. But this simple means depends on the action of the mechanic; if the latter forgets to reset its shunt lever to zero, it reduces the tractive force at low speeds in an undesirable manner.
To avoid this dependence on the mechanic, consideration has already been given to supplying the excitation winding of the traction motor via a separate source controlled by the current from the main generator, so as to greatly reduce the traction motor excitation current when the current delivered by the main generator reaches the value corresponding to its maximum voltage.
This solution, as it has been carried out so far, has the drawback of always requiring an additional source. The invention aims to remedy this drawback in most cases by using, instead of a voltage supplied by a separate source, a voltage which in any case is present in diesel-electric equipment.
The present invention relates to an electric traction equipment for a die-electric vehicle, comprising a main generator driven by a diesel engine and supplying at least one traction motor, and comprising at least one source whose voltage is substantially constant. The equipment according to the invention is characterized in that said traction motor comprises an excitation winding supplied with a voltage equal to the difference between the voltage of said source and a voltage which is a function of the excitation voltage of the main generator. The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the equipment according to the invention. Figs. 1, 2 and 3 are three explanatory diagrams.
Figs. 4, 5 and 6 show the connection diagrams of these three embodiments.
In the equipment to be described, a voltage varying as a function of the armature current of these motors is applied to the excitation windings of the traction motor (s) according to a curve having the shape of that shown in dotted lines on fig. 1 and which approaches the straight line in solid lines visible in this figure. This line represents the excitation amperes-turns (ordinates) of a motor with pure series excitation (excitation winding not shunted), as a function of the armature current (abscissa) of this motor.
In the embodiment according to fi-. 4, we see at 1 the Diesel engine, at 2 its regulator controlling a rheostat 3. At 4 we see the main generator, at 5 an exciter and at 6 an auxiliary generator; all three are driven by the Diesel engine 1. 7 and 8 represent two traction motors, the armatures of which are supplied directly in parallel, by the main generator 4.
At 9 there is shown the excitation winding of the main generator, supplied by the exciter 5. The polarities at the terminals of 5 and 6 being those shown on the figure. 4, it can be seen that all of the excitation windings (arranged in series) 10 and 11 of the traction motors are supplied by the difference between the voltage of the auxiliary generator 6, which is approximately constant in all conditions of operation, and the excitation voltage of the main generator, which is here the voltage across the exciter, and which varies under the effect of the motor regulator Die sel, which tends to keep the power absorbed constant by the main generator.
The exciter could moreover be with separate excitation only or with separate combined excitation and counter-compound, as is usually done, provided that the excitation voltage of the main generator maintains a constant power to the shaft. Die salt, which can be achieved for example by adjusting this voltage by a regulator. For this to be the case, it is necessary that, when the current supplied by the generator increases the voltage at the terminals of the generator, it decreases in the same ratio.
It will be noted that in FIG. 4 the rheostat 3 is in series with the separate excitation winding 12 of the exciter 5, the shunt excitation winding of which is visible at 13. A winding 15 is provided to give the feature a drooping appearance , when the current it provides increases. It is used to limit the power of the field regulator. Its presence is not essential.
The fia. 2 shows the shape of the variation of the two excitation voltages, that of the main generator, regulated by regulator 2, 3 (i.e. <I> VI), </I> and that of the traction motors (i.e. V2 ), depending on the current 1 supplied by the main generator to the traction motors. The voltage VI, which is that of the exciter 5, is regulated as follows by the regulator 2, 3. If for example the vehicle approaches a ramp, the current supplied by the main generator will increase. The voltage at the terminals of this generator will not decrease sufficiently by itself for the power absorbed to remain constant. Consequently, the speed of the Diesel engine will decrease. Its power regulator will therefore increase the injection.
At the same time, it activates the rheostat 3, which has the effect of reducing the voltage supplied by the exciter 5.
The horizontal straight line of constant ordinate <I> VO </I> represents on this diagram a constant voltage, here that of the auxiliary generator 6, which could be, in a variant, that of an accumulator battery , for example. This tension does not, moreover, need to be strictly constant; it could without inconvenience present slight variations, of less than 5 to 10% for example.
The diagram according to fig. 1 corresponds to that according to FIG. 2, in the sense that the ordinates of the dotted curve of the first fi gure are proportional to the given gold difference (V2) of the two solid lines of the second. The equipment which has just been described therefore has the particularity that the excitation winding of the traction motors is supplied by the difference between an almost constant voltage <I> (VO) </I> and a voltage (V1 <I>) </I> decreasing in such a way, when the current delivered by the main generator increases, that the power absorbed by this generator is constant.
The voltage <I> VI </I> decreases as indicated under the effect of regulator 2, 3 as explained above.
Fig. 3 shows, in dotted lines, the shape of the curve of the flux produced by the excitation winding of the traction motors 7, 8, as a function of the armature current 1 of the main generator which supplies the traction motors.
In a variant, each motor could have several excitation windings. In this case, the dotted line curve would represent the flux produced by the ampere-turns resulting from the action of the various windings. The excitation winding 10, respectively 11, is supplied with voltage V2. When there are several excitation windings per motor, at least one of them must be supplied at this voltage V2.
The solid line curve represents in FIG. 3, for comparison, the shape of the flow curve if it is not the equipment according to fi-. 4, but of equipment comprising motors with series excitation as they are usually employed. It can be seen that, for low values of the induction current 1 (with the exception of the region where this current is canceled out) the flux obtained with the equipment according to fi. 4 is clearly weaker than the flux of the motor with series excitation - which makes it possible to limit the voltage of the main generator -, while at high currents the difference is small.
Fig. 5 represents the diagram of the connections of the second embodiment. This is the case of a main generator 4 (the same reference numbers represent corresponding members in FIGS. 4 and 5) with direct adjustment, therefore without a separate exciter.
In fig. 5, the main generator is with direct compound excitation (without exciter); it has a shunt excitation winding 9, an anticompound excitation winding 15 and a separate excitation winding 14. It can be seen in this figure that the rheostat 3 controlled by the regulator 2 is connected in the separate excitation circuit 14 of the main generator.
The voltage used to supply the excitation windings 10 and 11 of the traction motors is constituted by the difference between the substantially constant voltage of the auxiliary generator 6 and the voltage at the terminals of the separate excitation winding 14 of the main generator. This latter voltage depends on the voltage drop in the rheostat 3, and is produced by the excitation current passing through the winding 14 of the main generator.
Fig. 6 represents the diagram of the connections of a third embodiment in which the rheostat 3 of the field regulator controlled by the regulator 2 of the Die sel motor acts simultaneously on the separate excitation 14 of the main generator and on bearings excitation 16 and 17 of the traction motors.
The main generator 4 is with direct compound excitation (without exciter); it comprises in addition to its separate excitation winding 14 a shunt excitation winding 9 and an anticompound excitation winding 15. The latter is in fact the excitation - or better still, the de-excitation-series winding. It is called anticompound because of its subtractive effect.
The traction motors each have two excitation windings: on the one hand a winding 10, 11 supplied by the difference between the voltage of the auxiliary generator 6 and the voltage at the terminals of the separate excitation winding 14 from the main generator; on the other hand, a winding 16, 17 supplied by the generator 6 through the rheos state 3 and in series with the winding 14 of the main generator. The considerations emitted in the description of FIG. 4 concerning the role played by the windings 10, 11 of the traction motors, remain valid in this case.
The equipment described offers, due to the use of motors with separate excitation, the additional advantage of allowing their use with any of the known electric braking systems (with or without compounding) of traction motors. with separate excitation, without requiring either the use of additional resistors dissipating in pure loss of energy, or a special generator with low voltage and high current as is the case when one has a motor with pure series excitation .
In variants, the number of traction motors could be different from two. We could also take a voltage other than that of excitation of the main generator, to form the difference with an approximately constant voltage, this difference constituting the supply voltage of the excitation of the traction motor (s), because a another voltage varying with the same rate as the excitation voltage of the main generator, could also be suitable.
In other embodiments, we could be dealing with compound motors. The motors can moreover, depending on the case, be connected in series, in parallel or in series-parallel.
It is understood that the expression diesel-electric vehicle traction equipment is not limited to the case of a locomotive or a road or all-terrain vehicle, but is taken in a general way, applying, for example, in the case of a boat.