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Procédé pour changer la caractéristique de cascades.
Dans les installations à courant alternatif cet courant tournant, on utilise, ces derniers temps, pour des commandes électromotrices, notamment pour de forts débits, des cascades, qui se composent d'un moteur
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d'induction avant et d'une machine à collecteur arrière ou auxiliaire. Un réglage connu du nombre de tours de ces cascades consiste en ce qu'une tension, introduite par la machine à collecteur dans le circuit de glissement, augmente ou diminue le glissement du moteur avant. La caractéristique propre du groupe de machines est fréquem- ment une cause de perturbation dans des commandes de ce genre.
Si, par exemple, il existe une caractéristiq ue shunt, une caractéristique de ce genre est défavorable lorsqu'on utilise des masses-volants pour la cession d'é- nergie et qu'on doit écarter les chocs du groupe de ma- chines. On a proposé dans ce but des dispositions de compoundage qui engendrent, à l'aide d'un transformateur de compoundage, dans le circuit de glissement une tension additionnelle réglant le nombre de tours. Mais ces dis- positions sont déjà compliquées et n'agissent pas lors du passage par le synchronisme. Pour ce passage, il est nécessaire de prévoir d'autres machines et appareils de couplage compliqués, dont l'ensemble prend des dimensions si considérables que les possibilités finalement réalisa- bles d'un compoundage ne compensent plus le prix d'achat.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour le compoundage de cascades, procédé qui com- porte l'avantage de la simplicité, de la possibilité de réglage et d'une faible perte d'énergie. Des dispositions pour la mise en oeuvre de ce procédé peuvent être montées dans des installations déjà existantes. D'après l'inven- tion, la cascade reçoit une machine excitatrice particu- lière (à courant tournant ou à courant alternatif), dont le champ est influencé par une tension dépendant du nom- bre de tours du moteur principal,
La fig. 1 des dessins ci-joints montre un exem- ple d'exécution. Dans cette figure, le moteur asynchrone
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4 est accouplé mécaniquement avec la machine à collecteur 5.
Cette machine est excitée à l'aide de bagues collec- trices par la machina excitatrice à courant tournant 6, qui est actionnée par le moteur synchrone 7. La machi- ne 6 est excitée avoc du courant continu. L'accouplement entre les machines 6 et 7 est réglable et est disposé de manière à engendrer dans le collecteur de la machine 5 une tension, qui est en phase avec la tension de rotor du moteur principal. On peut alors régler par changement de l'excitation de la machine 6 de manière connue le nombre de tours du moteur asynchrone 4.
Or d'après l'invention, l'excitation de courant continu de la machine 6 est alimentée nc..n seulement par une source de courant continu 8, mais on couple de plus, en série avec cette source, la tension d'une dynamo à courant continu 9 qui est accouplée mécaniquement avec le moteur asynchrone 4. La machine 9 est excitée de manière que sa tension agisse en antagonisme à la tension du réseau 8. Avec un nombre de tours convenable de la machine principale, les deux tensions s'annulent et l'en- roulement excitateur à courant continu de la machine 6 est dans ce cas privé de courant.
Par contre, en cas de changement du nombre de tours de la machine principale, la machine est excitée, suivant que le nombre de tours diminue ou augmente, dans l'un ou l'autre sens, de sorte que la machine principale 4 reçoit, en passant par la machine arrière 5, dans le circuit du rotor, en plua de la tension de glissement du rotor, une tension addition- nelle dépendant également du nombre de tours. En chan- geant l'excitation de la dynamo 9 à l'aide du régulateur 10 et en changeant la résistance intercalée en avant 11, on peut régler à volonté, aussi bien le nombre de tours de marche à vide que la diminution du nombre de tours en
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cas de charge.
Un avantage particulier par rapport aux dispositions connues consiste en ce que le choix convena- ble de l'excitation de la Machine 9, ou de la résistance intercalée en avant 11, permet d'en arriver à ce que la machine principale reçoit, ou cède comme génératrice, un débit constant dans certaines limites. La machine 9 peut recevoir en outre encore une excitation additionnelle qui peut être placée sous la dépendance d'une grandeur de ré- gime quelconque, par exemple du courant excitateur de la machine 3.
Un autre exemple d'exécution de l'invention est représenté sur la fig. 2 . De même que dans l'exemple de la fig. 1, on a prévu le moteur asynchrone 4 , la machi- ne à collecteur 5, la machine excitatrice à courant 'tournant 6, le moteur synchrone 7 actionnant la :.rachi.. ne 6, et la machine auxiliaire 9 influençant le champ.
Or cette disposition est réglée de manière que la tension débitée par la machine excitatrice à courant tournant 6 sur les bagues collectrices de la machine à collecteur 5, agit soit dans le même sens que la tension de rotor du moteur principal, soit en sens inverse, et ce suivant que la disposition fonctionne en sur-synchronisme ou en sous- synchronisme. La machine synchrone 7 est excitée par deux machines à courant continu 12 et 9 qui sont cou- plées en antagonisme. La machine 9 est montée sur 1' arbre du moteur asynchrone 4 et la machine 12 sur l'arbre du moteur synchrone 7. Dans le cas où la nombre de tours synchrone de la machine asynchrone est égal à celui du moteur synchrone 7, les machines 12 et 9 sont égales l'une à l'autre.
L'excitation effective pcur la machine excitatrice 6 est donc donnée comme résultan- te des deux tensions des machines 9 et 12. On se rend oompte, sans plus amples explications, des avantages d'une
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disposition de ce genre, en se reportant aux diagrammes 3 à 7. Il est tout dtabord évident qu'on peut par le choix des tensions des machines 12 et 9 et des condi- tions Magnétiques et électriques de la machine 6, donner une valeur déterminée au facteur de proportionnalité de la tension nouvellement introduite. Les résistances de réglage prévues dans les machines excitatrices 9 et 12 servent tout d'abord à faire varier les diverses tensions en ce qui concerne leur valeur absolue, et à changer ain- si le facteur de proportionnalité.
Le diagramme 3 trai- te tout d'abord du cas où la tension de glissement du ro- tor 4 et la tension auxiliaire sont dirigées en sens opposé, et où le facteur de proportionnalité de la ten- sion auxiliaire est plus petit que celui de la tension de glissement. ! désigne la tension du rotor, b la ten- sion auxiliaire, .2 la tension résultante. Les nombres de tours ou glissements sont portés comme abaisses.
Si on néglige la résistance d'induction du circuit du rotor, le courant du rotor et en conséquence le moment débité par le moteur principal, sont proportionnels à la tension résultante c, 'Or si pour obtenir un moment déterminé, ou pour obtenir le courant nécessaire pour ce moment, il faut avoir dans le rotor une tension résultante de la grandeur u, le moteur baissera en marche normale jusqu' au nombre de tours n1, avec lequel la tension du rotor a atteint la valeur requise u. Mais dans la disposition de l'invention, dans laquelle il se produit la tension résultante ±, la valeur u n'est atteinte qu'en n2 et le moteur doit réduire encore son nombre de tours pour débiter le même moment .
Dans le cas où la machine 5 cède comme moteur arrière également un moment, la tension nécessaire pour un moment déterminé est quelque peu plus faible avec un glissement augmenté (ligne pointillée de
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la fig. 30 et le moteur ne ralentit que jusqu'à n3. La fig. 4 montre le cas dans lequel la machine 9 est exci- tée plus fortement que la machine 12, de sorte que le nombre de tours, avec lequel la machine 9 engendre la même tension que la machine 9, diffère du nombre de tours synchrone. On voit que la tension auxiliaire b passe à zéro déjà avec le nombre de tours sous-synchrone n4, et que le nombre de tours de marche à vide n5, pour lequel la tension :résultante .± doit devenir égale à zéro, se trouve dans la portée sur-synchrone.
L'in- clinaison des droites a et b peut être changée par le changement de l'excitation des deux Machines à courant continu 9 et 12, et on peut obtenir ainsi, en cas de charge, tout glissement désiré. On peut inversement, en affaiblissant l'excitation de la machine 9, déporter le point n4 dans la portée sur-synchrone et le point n5 dans la portée sous-synchrone.
Les diagrammes 5 et 6 montrent deux cas par- ticuliers dans lesquels la tension résultante .± devient parallèle à 1-axe des abcisses. Dans le diagramme 5, n4 est dans la portée sous-synchrone, et dans le dia- gramme 6 dans la portée sur-synchrone. Dans le pre- mier cas, le débit reçu par le moteur principal et le moment qu'il débite sont constants pour tous les nombres de tours. Lorsque la machine 5 ne reçoit de débit excitateur que des bagues collectrices, le débit total cédé à l'arbre est lui aussi constant, le moment suit en dépendance du nombre de tours une hyperbole, et on ob- tient une disposition avec caractéristique série pure.
Dans le cas de la fig. 6, le moteur principal cédera de nouveau pour chaque nombre de tours un débit constant dans le réseau. Cette propriété peut être utilisée pour arrêter des volants de grandes dimensions, l'énergie
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accumulée étant dans ce cas rétrocédée tout au moins en partie.
Dans la fige 2, les dynamos auxiliaires 9 et 12 possèdent une excitation étrangère. Mais ceci n'est pas indispensable, on peut équiper chacune des dynamos de réglage d'une self -excitation, ou d'une excitation mixte, par exemple d'une excitation compound. Le diagram- me 7 montre le cas dans lequel la machine 9 possède une self-excitation et n'est amortie que par le synchro- nisme. a désigne la tension du rotor, b la tension auxiliaire, qui en raison de la self-excitation de la ma- chine 9 possède une caractéristique courbe ; c est la tension résultante. On voit que cette tension est tout d'abord assez fortement inclinée, mais s'aplanit en- suite par l'action de la tension auxiliaire.
Cette dispo- sition est avantageuse pour des commandes qui sont soumi- ses à de brusques et fortes fluctuations de charge, par exemple dans les trains de laminoirs. Dans ce cas un fai- ble nombre de tours peut être tout d'abord désirable avec une faible charge pour pouvoir pleinement utiliser la commande. Ce n'est que lorsque la charge s'élève au-des- sus d'un certain degré que l'on utilisera pour la déchar- ge soudaine des masses-volants une forme plus plate de la caractéristique et la courbe du diagramme 7 répond à cette exigence.
Pour adapter le réglage aux conditions les plus dures d'une marche se produisant par à coups, on peut même obtenir une variabilité de la caractéristique du fait que, pour une charge déterminée a, on imprime, en dépendance des conditions de service du réseau ou de la commande, un courant excitateur augmenté au champ de la machine excitatrice, par exemple du fait qu'on court-cir- ouite au moyen d'un régulateur rapide ou de relais de
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courant, les résistances situées dans le circuit excita- teur, et qu'en conséquence on renforce soudainement la tension excitatrice de la machine 9.
La fig. 8 représente un exemple d'exécution pour ce dernier cas. Dans cette figure, 13 désigne le moteur principal et 16 la dynamo auxiliaire accouplée à ce moteur et dont la tension est conduite au champ de la machine excitatrice non représentée. La disposition du groupe peut être complétée par exemple comme dans la fig. 1. La disposition de l'invention comprend un régu- lateur influencé par un transformateur d'intensité, qui est prévu dans les ccnducteurs d'arrivée du moteur prin- cipal et qui, au dépassement d'une certaine valeur, fait varier la résistance 15 dans le champ excitateur de la dynamo 16. Abstraction faite de cette influence, on a prévu encore un régulateur 17 dans le circuit de champ, régulateur qui détermine la caractéristique de marche à vide du groupe.
Une disposition de ce genre permet de procéder à un réglage en tenant compte dans une mesure maxima des conditions les plus difficiles des commandes à amortissement. L'invention est également applicable à des types quelconques de machines arrière à courant tour- nant excitées du stator, ainsi qu'à des groupes de régla- ge à courant continu, et ce, que les groupes de réglage soient pcurvus d'une machine arrière accouplée mécanique- ment ou couplée électriquement.
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1 Procédé pour changer la caractéristique de cascades, caractérisé en ce que la cascade reçoit une ma- chine excitatrice particulière, dont le champ est influen- cé par une tension dépendant du nombre de tours du moteur principal.
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2 Disposition d'après 1 pour une cascade (4, 5), caractérisée en ce que la tension influençant le champ de la machine excitatrice (6) est engendrée par une dynamo à courant continu (9) qui est accouplée mécanique- ment avec la machine principale (4).
3 Disposition d'après 2 , caractérisée en ce que le champ de la machine excitatrice est influencé par une tension qui se manifeste comme différence de deux tensions, à savoir une tension dépendant du nombre de tours du moteur avant, et une tension dépendant d'un cer- tain nombre de tours directeur.
4 Disposition d'après 3 , caractérisée en ce que la tension dépendant du moteur avant (4) est engendrée par une dynamo à courant continu (9) accouplée avec ce mo- teur (4), tandis que la tension dépendant du nombre de tours directeur est engendrée par une dynamo à courant continu (12) accouplée au groupe excitateur (6, 7) de la cascade .
5 Disposition d'après 4 , caractérisée, en ce que les diverses composantes de la tension sont varia- bles, quant à leur valeur absolue, au moyen du changement des excitations des deux dynamos de réglage'(9, 12).
6 Disposition d'après 5 , caractérisée en ce que chacune des deux dynamos de réglage (9, 12) est pour- vue d'une self-excitation, ou d'une excitation mixte, par exemple d'une excitation compound.
7 Disposition pour le compoundage de casca- des d'après 1 à 6 , caractérisée en ce que la tension d'une dynamo de réglage (9 ou 12) est encore influencée des conditions de régime du moteur, telles que le cou- rant de charge, la fréquence, etc..., du fait que le cir- cuit excitateur de la dynamo de réglage contient une ré- sistance dépendant des grandeurs de régime.
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Method for changing the characteristic of waterfalls.
In alternating current installations, this rotating current has been used lately for electromotive controls, in particular for high flow rates, cascades, which consist of a motor
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induction front and a rear or auxiliary manifold machine. A known adjustment of the number of revolutions of these cascades consists in that a voltage, introduced by the collector machine into the slip circuit, increases or decreases the slip of the front motor. The characteristic characteristic of the group of machines is frequently a cause of disturbance in controls of this kind.
If, for example, there is a shunt characteristic, such characteristic is unfavorable when using flywheels for energy transfer and shocks from the machine group are to be removed. For this purpose, compounding arrangements have been proposed which generate, using a compounding transformer, in the sliding circuit an additional voltage regulating the number of turns. But these arrangements are already complicated and do not act during the passage through synchronism. For this passage, it is necessary to provide other complicated machines and coupling devices, the whole of which takes on such considerable dimensions that the finally achievable possibilities of compounding no longer compensate for the purchase price.
The present invention relates to a new process for compounding cascades, which process has the advantage of simplicity, of the possibility of adjustment and of a low loss of energy. Arrangements for implementing this process can be installed in already existing installations. According to the invention, the cascade receives a particular exciter machine (rotating current or alternating current), the field of which is influenced by a voltage depending on the number of revolutions of the main motor,
Fig. 1 of the accompanying drawings shows an exemplary embodiment. In this figure, the asynchronous motor
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4 is mechanically coupled with the manifold machine 5.
This machine is excited by means of slip rings by the rotating current exciter machine 6, which is operated by the synchronous motor 7. The machine 6 is excited by direct current. The coupling between the machines 6 and 7 is adjustable and is arranged so as to generate a voltage in the machine collector 5, which is in phase with the rotor voltage of the main motor. The number of revolutions of asynchronous motor 4 can then be adjusted by changing the excitation of the machine 6 in a known manner.
However, according to the invention, the direct current excitation of the machine 6 is supplied nc..n only by a direct current source 8, but in addition, in series with this source, the voltage of a DC dynamo 9 which is mechanically coupled with the asynchronous motor 4. The machine 9 is excited so that its voltage acts in antagonism to the voltage of the network 8. With a suitable number of revolutions of the main machine, the two voltages s 'cancel and the direct current exciter winding of the machine 6 is in this case deprived of current.
On the other hand, in the event of a change in the number of revolutions of the main machine, the machine is energized, depending on whether the number of revolutions decreases or increases, in either direction, so that the main machine 4 receives, passing through the rear machine 5, in the rotor circuit, in addition to the sliding tension of the rotor, an additional tension also depending on the number of revolutions. By changing the excitation of the dynamo 9 using the regulator 10 and by changing the resistance inserted in front 11, it is possible to adjust at will, both the number of idle revolutions and the reduction in the number of turns in
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load case.
A particular advantage over known arrangements consists in the fact that the suitable choice of the excitation of the Machine 9, or of the resistance inserted in front 11, makes it possible to achieve that the main machine receives, or yields. as generator, a constant flow within certain limits. The machine 9 can furthermore receive an additional excitation which can be placed under the dependence of any speed magnitude, for example of the exciter current of the machine 3.
Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 2. As in the example of FIG. 1, the asynchronous motor 4, the collector machine 5, the rotating current exciter 6, the synchronous motor 7 operating the machine 6, and the auxiliary machine 9 influencing the field are provided.
However, this arrangement is adjusted so that the voltage supplied by the rotating current exciter machine 6 on the slip rings of the collector machine 5 acts either in the same direction as the rotor voltage of the main motor, or in the opposite direction, and this depending on whether the arrangement operates in over-synchronism or in sub-synchronism. The synchronous machine 7 is excited by two direct current machines 12 and 9 which are coupled in antagonism. The machine 9 is mounted on the shaft of the asynchronous motor 4 and the machine 12 on the shaft of the synchronous motor 7. In the case where the number of synchronous revolutions of the asynchronous machine is equal to that of the synchronous motor 7, the machines 12 and 9 are equal to each other.
The effective excitation on the excitation machine 6 is therefore given as the result of the two voltages of the machines 9 and 12. We realize, without further explanation, of the advantages of a
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provision of this kind, referring to diagrams 3 to 7. It is first of all obvious that by the choice of the voltages of the machines 12 and 9 and of the Magnetic and electrical conditions of the machine 6, it is possible to give a determined value to the proportionality factor of the newly introduced voltage. The adjustment resistors provided in the exciter machines 9 and 12 serve first of all to vary the various voltages with regard to their absolute value, and thus to change the factor of proportionality.
Diagram 3 first deals with the case where the sliding voltage of rotor 4 and the auxiliary voltage are directed in opposite directions, and where the proportionality factor of the auxiliary voltage is smaller than that of slip tension. ! designates the rotor voltage, b the auxiliary voltage, .2 the resulting voltage. The numbers of turns or slips are shown as lowering.
If we neglect the induction resistance of the rotor circuit, the rotor current and consequently the moment delivered by the main motor, are proportional to the resulting voltage c, 'Or if to obtain a determined moment, or to obtain the current necessary for this moment, there must be in the rotor a resulting voltage of the magnitude u, the motor will drop in normal operation up to the number of revolutions n1, with which the rotor voltage has reached the required value u. But in the arrangement of the invention, in which the resulting voltage ± is produced, the value u is only reached in n2 and the motor must further reduce its number of revolutions to deliver the same moment.
In the event that the machine 5 yields as the rear motor also for a moment, the tension required for a given moment is somewhat lower with increased slip (dotted line of
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fig. 30 and the motor only slows down to n3. Fig. 4 shows the case in which the machine 9 is energized more strongly than the machine 12, so that the number of revolutions, with which the machine 9 generates the same voltage as the machine 9, differs from the number of synchronous revolutions. We see that the auxiliary voltage b goes to zero already with the number of sub-synchronous revolutions n4, and that the number of idle revolutions n5, for which the voltage: resulting. ± must become equal to zero, is in the over-synchronous scope.
The inclination of the lines a and b can be changed by changing the excitation of the two DC machines 9 and 12, and thus any desired slippage can be obtained under load. Conversely, by weakening the excitation of the machine 9, point n4 in the over-synchronous range and point n5 in the sub-synchronous range can be moved.
Diagrams 5 and 6 show two special cases in which the resulting tension ± becomes parallel to the 1-axis of the abscissa. In diagram 5, n4 is in the sub-synchronous scope, and in diagram 6 in the supersynchronous scope. In the first case, the flow received by the main motor and the moment that it delivers are constant for all the numbers of revolutions. When the machine 5 receives excitation flow only from the slip rings, the total flow yielded to the shaft is also constant, the moment follows, depending on the number of revolutions, a hyperbola, and an arrangement with pure series characteristic is obtained. .
In the case of fig. 6, the main motor will again yield for each number of revolutions a constant flow in the network. This property can be used to stop large flywheels, the energy
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accumulated being in this case retroceded at least in part.
In fig 2, the auxiliary dynamos 9 and 12 have a foreign excitation. But this is not essential, each of the adjustment dynamos can be fitted with a self-excitation, or with a mixed excitation, for example with a compound excitation. Diagram 7 shows the case in which the machine 9 has a self-excitation and is damped only by synchronism. a designates the rotor voltage, b the auxiliary voltage, which due to the self-excitation of machine 9 has a curved characteristic; it is the resulting tension. We see that this voltage is first of all quite strongly inclined, but then flattens out by the action of the auxiliary voltage.
This arrangement is advantageous for controls which are subject to sudden and strong fluctuations in load, for example in rolling mill trains. In this case a low number of revolutions may first be desirable with a low load in order to be able to fully utilize the control. It is only when the load rises above a certain degree that a flatter shape of the characteristic will be used for the sudden unloading of the fly weights and the curve in diagram 7 responds. to this requirement.
In order to adapt the setting to the harshest conditions of a step occurring in spurts, it is even possible to obtain a variability of the characteristic owing to the fact that, for a given load a, one prints, depending on the operating conditions of the network or control, an increased exciter current in the field of the exciter machine, for example by short-circuiting by means of a fast regulator or relay.
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current, the resistances located in the exciter circuit, and as a consequence the excitation voltage of the machine is suddenly reinforced 9.
Fig. 8 shows an example of execution for the latter case. In this figure, 13 designates the main motor and 16 the auxiliary dynamo coupled to this motor and the voltage of which is conducted in the field of the exciter machine, not shown. The arrangement of the group can be completed for example as in fig. 1. The arrangement of the invention comprises a regulator, influenced by a current transformer, which is provided in the incoming conductors of the main motor and which, when a certain value is exceeded, varies the resistance. 15 in the exciter field of the dynamo 16. Apart from this influence, a further regulator 17 is provided in the field circuit, which regulator determines the idling characteristic of the group.
An arrangement of this kind makes it possible to carry out an adjustment taking into account to a maximum extent the most difficult conditions of the damping controls. The invention is also applicable to any types of stator excited rotating current rear machines, as well as to DC regulating groups, whether the regulating groups are curved from a machine. rear mechanically or electrically coupled.
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1 Method for changing the characteristic of cascades, characterized in that the cascade receives a particular exciter machine, the field of which is influenced by a voltage depending on the number of revolutions of the main motor.
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2 Arrangement according to 1 for a cascade (4, 5), characterized in that the voltage influencing the field of the exciter machine (6) is generated by a direct current dynamo (9) which is mechanically coupled with the main machine (4).
3 Arrangement according to 2, characterized in that the field of the exciter machine is influenced by a voltage which manifests itself as a difference of two voltages, namely a voltage depending on the number of revolutions of the front motor, and a voltage depending on a certain number of director turns.
4 Arrangement according to 3, characterized in that the voltage depending on the front motor (4) is generated by a direct current dynamo (9) coupled with this motor (4), while the voltage depending on the number of revolutions director is generated by a direct current dynamo (12) coupled to the exciter group (6, 7) of the cascade.
Arrangement according to 4, characterized in that the various components of the voltage are variable, as to their absolute value, by means of the change of the excitations of the two regulating dynamos (9, 12).
6 Arrangement according to 5, characterized in that each of the two adjustment dynamos (9, 12) is provided with a self-excitation, or a mixed excitation, for example a compound excitation.
7 Arrangement for compounding cascades according to 1 to 6, characterized in that the voltage of a regulating dynamo (9 or 12) is further influenced by engine speed conditions, such as the current of load, frequency, etc ..., due to the fact that the exciter circuit of the regulating dynamo contains a resistance depending on the speed variables.