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SYSTEME de REGL.4..GE de la VITeSS3 des MOT'4-,UFiS ASYTCfiROT 8.-
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Le brevet principal a pour objet im systuoo de réglage de la vi- tessee et du facteur de puissance des moteurs &zi;nchroe=es, au moyen d'une ma- chine à collecteur montée en cascade et excitée par un chazyear de f1''';q''.:'.01;.(;e construit de telle faqn que son enroulement rotorique fournisse la composante de tension équilibrant la chute ohmique dans les eiroulemantr 0' GX:l,,;itation, tandis que des enroulements placés sur le stator fournissent la composante de tension équilibrant la chute inductive dans les mornes a,'ll"o1.:10'11ç:,t::; 1.'c::úita.tion.
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La présenteaddition pour objet :
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1*) Un mode dtc;li.azaatic:a spécial du changeur de fréquence au moyen d'un alternatet1r entraîna par ime machine s;Y!1choren branchée sur le réseau.
Deux types d' applicatiLa de ce modo d'alimentation font respectivement l'objet dos figures 1 et 2.
2 ) 'Un mode d'arnplificati#.1 d.u courant d'excitation fourni par la changeur de fréquence, au moyen. d'une génératrice à collecteur teurnm?t à une vitesse se11351::.J.#nart proportionnelle au glissement du moteur as.:chrere principal, mods 1 f cn exposé on : s réfernnt à la figure 3 3 ) L'application de l'invention en vue de faire varier automatiqvement la vi- tosse d'un. mateur asynchrone en fonction de la charge.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, domé à
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titre à.'exgT}IJ1o, fars. bien comprendra la nature et les a.vs.tes de l'inventic!l1-
La Fig.1 est le schéma des connexions d'un système do réglage de la vitesse d'un moteur asynchrone, conforme à l'invention.
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Ia F.ir,-2 est un schéma analogue, relatif à une variante da réali- dation.
La Fig.3 est relative à une autre variante.
Dans le système représenté Fig.l, A désigne le moteur asynchrune dont on veut régler la vitesse, et qui est monte ou relié en cascade avec la
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machine à collecteur B; cette machine B comporte un enroulement de canpensation connecte en série avec l'induit et un enroulement d'excitation E; l'enroulement de compensation n'a pas été représenté sur le dessin schématique, non plus que les enroulements de commutation qui sont généralement prévus sur ce genre de ma- chines.
La machine à collecteur B est entraînée par un moteur synchrone 0 branché sur le même réseau d'alimentation R que le moteur asynchrone Sur le même arbre se trouve monté un alternateur D à induit tournant et ayant la même nombre de pôles que la moteur C.
Cet alternateur comporte sur son stator deux enroulements inducteurs Gl et G2 qui sent disposés en quadrature et sont alimen- tés par une source à courant continu H, respectivement par l'intermédiaire des
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rhostats pot eutic.métrig.11es Il ot I2'
Ces rhéostats peuvent être actionnés séparément,.mais, après un réglage préalable, leurs manettes peuvent être généralement liées l'une à l'au-
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tre; ils permettent de faire varier, en grandeur et en phase, le champ de rival- ternateur D. Grâce à ce dispositif, -on obtient, aux bagues d, qui constituent les bornes d'induit de l'alternateur D, une tension, à la fréquence du réseau
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d'alimentation du moteur A, dont on peut régler à volonté la gramdeur et la phase.
Cette tension est appliquée aux bagues collectrices d'un chan- geur de fréquence F monté sur l'arbre du moteur asynchrone 2. et ayant le môme nombre de pôles. Le stator de ce changeur de fréquence comporte un enroulement polyphasé K. Cet enroulement K est monté en série avec les 'balais L qui repo- sent sur le commutateur du changeur de fréquence, et le calage des balzis est effectué de telle manière que l'enroulement du stator soit en quadrature avec l'enroulement du rotor auquel 'il ost connecté. Les circuits ainsi constitues servent à l'alimentation des enroulements d'excitation E de la machine à col- lecteur B.
Le flux du changeur de fréquence est proportionnel à la tension appliquée aux bagues f. La tension recueillie du coté commutateur par les ba- lais L conserve la même valeur que la tension appliquée eux bogues 1, mais elle a la fréquence de glissement du moteur asynchrone. La force électromotrice pre- nant naissance dans les enroulements K a la semé fréquence et est proportionnel- le au produit du flux par cette fréquence de glissement*
La tension appliquée aux enroulements d'excitation E a ainsi 2 composantes :
l'une, provenant du rotor du changeur de fréquence, fournit la chute ohmique du courent d'excitation, l'autre provenant du stator K, fournit la chute inductive de ce même courant d'excitation*
Le courant d'excitation, et par suite le flux de la machine à col- lecteur B, dépend donc, en grandeur et en phase, de l'excitation en courant com- tinu de l'alternateur D. On peut donc régler ainsi, au moyen des rhéostats Il et 12, la vitesse et le facteur de puissance du moteur asynchrone A.
Il convient d'observer que la phase de la force électromotrice de l'alternateur D est aussi fonction de l'angle de décalage du moteur synchrone C, c et est donc. susceptible de varier en même temps que la charge de la machine à collecteur B, liée elle-même à la charge du moteur asynchrone A; mais on a cons- taté que cette variation du décalage se produit dans un sens favorable.
Si l'on désire éliminer l'influence de cettevariation, on peut séparer la machine à collecteur B du groupe dos machines 0 et D, en l'accouplant à une eutre machine synchrone ou/asynchrone liée au réseau. C'est ce qui est re- présenté sur la Fig.2, où la machine à collecteur B est accouplée à une machine
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asynchrone M branchée sur le réseau R.
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2.rs l'équipement de la Fig.2, on a représenté schéma.tiquement un transformateur d' Î11tcnité T, à grand courant magnétisant, dont le primaire tl est introduit dans le circuit d'alimentation du moteur asynchrone principal A, et dont le secondaire t2 est introduit dans le circuit d'alimentation du changeur
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de fréquence Fe Ce transformateur, dont on peut régler l'mtrefer et faire va- rier la nombre de spires, est destiné à produire un ccm oundase du moteur asyn- chrone A, sa. vue d'améliorer le facteur de puissance et, au besoin, de faire va- rier la vitesse en fonction de la charge.
Pour faciliter l'ajustement de la phase de là force électromotrice servant à l'excitation dela machine à collecteur B, il est utile de prévoir un décalage du stator K du changeur de fréquence %, en même temps que le décalage
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des balais. Il est également aventegeuX de prévoir, relativement au groupe des deux machines C et D, soit un décalage de l'accouplement, C'est-à-dire des rotors entre eux, soit un décalage de l'un des stators; la réglage de l'excitation en sera simplifié. On constate alors qu'il est généralement possible de régler, une fois pour toutes, le résistance de l'un des circuits d'excitation G1 ou G2, la résistance de l'autre circuit restant soûle variable pour assurer le'réglage de la vitesse.
Sur la figure 2, on a prévu, dans le circuit d'excitation de la machine à collecteur, des résistances r qui, théoriquement, ne sont pas indiepen- sables, mais qui, pratiquement, facilitent le réglage et donnait plus de stabili- té au. système.
On conçoit que la source de courant continu peut 'être constituée par une excitatrice montée sur le même arbre que les machines C .et D.
Le changeur de fréquence peut être prévu pvec deux enroulements
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distincts sur le rotor: l'un constituant le circuit primaire et abouti-ssant aux bagues f, l'autre relié au ùomnutateur et analogue à un enroulement de machine à courent continu, mais il peut égale-ment être prévu avec un seul enroulement com- m m2 induit de comnutatriee, ou avec les deux enroulements combinés. Le stator du changeur de fréquence peut d'ailleurs être muni 6,' encoches de commutation, comme les changeurs do fréquence faisant l'objet du brevet belge No 52?*en du 19 Juin 1925.
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Au lieu d'accoupler directement le changeur de fréquence F avec la moteur d'induction principal A, il peut 'être avantageux de l'accsupler au moteur A par l'intermédiaire d'engrenages afin de pouvoir réduira son ncmbre de pôles en augmentant sa vitesse et lui donner un dimensionnement plus favorable-
L'utilisation de l'alternateur D et du changeur de fréquence F est d'autant meilleure que le glissement est plus élève puisque leur dimensionne- ment dépend presque uniquement du flux de la machine à collecteur ?. et qu'il est sensiblement indépendant du glissement.
Lorsque le glissement est assez faible, et dans le ces de puissances relativement élevées, il peut êtro avantageux d'employer un dispositif amplifica- tour du courant d'excitation, afin de pouvoir réduire l'importance soit do l'al- ternateur D et du changeur de fréquence F, soit du ou des changeurs de fréquence dans le cas du brevet principal.
Un dispositif de ce genre est représenté schématquement sur la figure 3. A représente toujours le moteur asynchrone principal, B la machine à collecteur de réglage, E son enroulement d'excitation, F le changeur de fréquence avec son enroulement d'excitation K, D l'alternateur alimentant lechangeur de fréquence avec ses 2 enroulements d'excitation G1 et G2. Pour simplifier la fi- gure, on n'a pas représenté le mode d'alimentation de ces enroulements qui est le même que celui de la Figure 1.
N représente une excitatrice à collecteur qui possède sur son. stator un enroulement d'excitation o et un enroulement de compensation qui n'a pas. été représenté. Cet enroulement peut d'ailleurs dans certains cas 'être combiné avec l'enroulement d'excitation puisqu'ils sont parcourus l'un et l'autre par le même courant.
L'excitatrice N est entraînée par un moteur synchrone ou asynchrone P alimenté aux bagues du moteur asynchrone principal.
L'excitation est organisée de la manière suivante :
Le circuit d'excitation proprement dit part du commutateur du chan- geur de fréquence F et comprend successivenent l'enroulement statorique K du changeur de fréquence, l'enroulement d'excitation E de la machine à collecteur @, l'enroulement d'excitation o de 1'excitatrice N et le circuit principal de cette excitatrice.constitué par l'enroulement do-compensât ion et le rotor.
La tension correspondantà la chute ohmique totale du circuit d'ex-
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citation est intégralement et dirctement fournie'par l'enroulement rotorique du changeur de fréquence F.
La tension correspondant à la chute inductive du circuit d'excita- tion global est fournie en partie par l'enroulement statorique K et en partie par le rotor da l'excitatrice à collecteur N. L'enroulement statorique K qui a été conserve sur la Fig.3 et dont le principal intérêt est de donner plus de stabilité au système, n'est pas théoriquement indispensable et très souvent
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pourra être supprimé. Dans ce cas, qui rentrejaoncore dans le principe de l'in- vention, lâenroulement X étant remplacé par l'enroulement rotorique de l'exci- tatrice N, le ou les changeurs de fréquence reprennent la.forme bien connue du changeur de fréquence) sans enroulement statorique.
Les balais de l'excitatrice sont naturellement calés de telle ma- nière que la force électromotrice produite dans le rotor soit entièrement dé-
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battes. La puissance du moteur d'antraînemant P sera ainsi très faible et son nombre de pôles sera choisi aussi .petit que possible*
L'excitatrice à collecteur N peut être avantageusement munie de pôles de commutation avec enroulements parcourus par le courant principal ou une dérivation de cecourant*
Les dispositifs faisant l'objet de la présente addition, en permet- tant d' obtenir la variation de vitesse d'une façon continue, se prêtent parti-
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c1..llirÇ.1TIent bien aux cas où les moteurs dont on veut régler la vitesse, sont munis de volants destinés diminuer les à-coups de la puissance prise au ré- seau :
un relais wattmétrique ou simplement un relais d'intensité, ou encore un
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motour-coupla, placés sur le circuit d'alimentation général, agissent sur les crosnes de commande, par l'intermédiaire d'un servo-moteur, ou bien directement, de façon à diminuer la vitesse du moteur asynchrone A lorsque la puissance absor-
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Ma a1:t rspesu dépasse une certaine limite: 1a diminution de vitesse permet ainsi 31' ;=1-r.t de restituer, sur ?' arbre du moteur, une partie d.o l'énorg'ie cinétique '1"'i1 r,vnit emmagasinée l'end=t les périodes de faible charge, la même relais ;it , lorsque 1 charma diminua, pour augmenter la vitesse du moteur asynchrone jmn::'â la limite ohoëie pour 1G maroho à 2ide, et qui correspond des but0dZ .1;J1'..IVV...1D.f:t l' rrê1;
das crC31:GS (je cma::¯9.
TIe::15 le c::-.:: de la Fie.2 du brevet principal, le sarvo-motaur agit le décalage des shaigeurs de fréquence C et Ct, tandis que, dais la cas
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des Fio. I, 2 et 3 de la présenta addition, il 3Bit sur les manettes des héos. tata 1.
Il est bien entendu que les dispositions ot les $fplicat103 qui
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MOT'4-, UFiS ASYTCfiROT SPEED3 REGL.4..GE SYSTEM 8.-
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The main patent relates to an im systuoo adjustment of the speed and the power factor of the &zi; nchroe = es motors, by means of a collector machine mounted in cascade and excited by a chazyear of f1 '' '; q' '.:'. 01;. (; e constructed in such a way that its rotor winding provides the voltage component balancing the ohmic drop in the eiroulemantr 0 'GX: l ,,; itation, while the windings placed on the stator provide the voltage component balancing the inductive drop in the hills a, 'll "o1.:10'11ç:,t ::; 1.'c :: úita.tion.
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The purpose of this addition is:
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1 *) A special dtc; li.azaatic: a mode of the frequency changer by means of an alternator driven by a machine s; Y! 1choren connected to the network.
Two types of application of this power supply mode are respectively the subject of figures 1 and 2.
2) 'A mode of amplification # .1 of the excitation current supplied by the frequency changer, by means. of a generator with collector teurnm? t at a speed se11351 ::. J. # nart proportional to the slip of the main as.:chrere motor, mods 1 f cn exposed on: s refernnt to figure 3 3) The application of the invention with a view to automatically varying the speed of a. asynchronous mater depending on the load.
The following description, with reference to the appended drawing, dominated by
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title to.'exgT} IJ1o, fars. well will understand the nature and the a.vs.tes of the inventic! l1-
FIG. 1 is the circuit diagram of a system for regulating the speed of an asynchronous motor, according to the invention.
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Ia F.ir, -2 is a similar diagram, relating to an alternative embodiment.
Fig.3 relates to another variant.
In the system shown in Fig.l, A designates the asynchrune motor whose speed is to be adjusted, and which is mounted or connected in cascade with the
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collector machine B; this machine B comprises a canpensation winding connected in series with the armature and an excitation winding E; the compensating winding is not shown in the schematic drawing, nor are the switching windings which are generally provided on this type of machine.
The machine with collector B is driven by a synchronous motor 0 connected to the same supply network R as the asynchronous motor On the same shaft is mounted an alternator D with rotating armature and having the same number of poles as the motor C.
This alternator comprises on its stator two inductor windings G1 and G2 which are arranged in quadrature and are supplied by a direct current source H, respectively by means of
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rhostats pot eutic.métrig.11es Il ot I2 '
These rheostats can be actuated separately, but, after prior adjustment, their levers can generally be linked to one another.
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be; they make it possible to vary, in magnitude and in phase, the rivalry field D. Thanks to this device, a voltage is obtained at the rings d, which constitute the armature terminals of the alternator D, at network frequency
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power supply to motor A, the gramdeur and phase of which can be adjusted as desired.
This voltage is applied to the slip rings of a frequency changer F mounted on the shaft of the asynchronous motor 2 and having the same number of poles. The stator of this frequency changer has a polyphase winding K. This winding K is mounted in series with the brushes L which rest on the switch of the frequency changer, and the balzis are set in such a way that the stator winding is in quadrature with the rotor winding to which it is connected. The circuits thus formed serve to supply the excitation windings E of the collector machine B.
The flux of the frequency changer is proportional to the voltage applied to the rings f. The voltage collected on the switch side by the L balances keeps the same value as the voltage applied to them bugs 1, but it has the slip frequency of the asynchronous motor. The electromotive force originating in the windings K at the seed frequency and is proportional to the product of the flux by this slip frequency *
The voltage applied to the excitation windings E thus has 2 components:
one, coming from the rotor of the frequency changer, provides the ohmic drop of the excitation current, the other coming from the stator K, provides the inductive drop of this same excitation current *
The excitation current, and consequently the flux of the collector machine B, therefore depends, in magnitude and in phase, on the direct current excitation of the alternator D. It is therefore possible to adjust as follows, by means of the rheostats II and 12, the speed and the power factor of the asynchronous motor A.
It should be observed that the phase of the electromotive force of the alternator D is also a function of the offset angle of the synchronous motor C, c and therefore is. capable of varying at the same time as the load of the machine with collector B, itself linked to the load of the asynchronous motor A; but it has been observed that this variation of the shift occurs in a favorable direction.
If one wishes to eliminate the influence of this variation, it is possible to separate the machine with collector B from the group of machines 0 and D, by coupling it to another synchronous or / asynchronous machine linked to the network. This is what is shown in Fig. 2, where the machine with manifold B is coupled to a machine
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asynchronous M connected to the R network.
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2. With the equipment of Fig. 2, there is shown diagrammatically a transformer of Î11tcnité T, with a large magnetizing current, the primary of which is introduced into the supply circuit of the main asynchronous motor A, and of which the secondary t2 is introduced into the supply circuit of the changer
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frequency Fe This transformer, whose mtrefer can be adjusted and the number of turns to vary, is intended to produce a ccm oundase of the asynchronous motor A, sa. in order to improve the power factor and, if necessary, to vary the speed according to the load.
To facilitate the phase adjustment of the electromotive force serving to excite the collector machine B, it is useful to provide an offset of the stator K of the frequency changer%, at the same time as the offset
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brooms. It is also aventegeuX to provide, relative to the group of the two machines C and D, either an offset of the coupling, that is to say of the rotors between them, or an offset of one of the stators; the setting of the excitation will be simplified. It is then observed that it is generally possible to adjust, once and for all, the resistance of one of the excitation circuits G1 or G2, the resistance of the other circuit remaining variable to ensure the adjustment of the speed. .
In FIG. 2, resistors r are provided in the excitation circuit of the collector machine which, theoretically, are not indiepen- sible, but which, in practice, facilitate the adjustment and give more stability. at. system.
It will be appreciated that the direct current source can be constituted by an exciter mounted on the same shaft as the machines C. And D.
The frequency changer can be provided with two windings
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separate on the rotor: one constituting the primary circuit and terminating at the rings f, the other connected to the omnutator and similar to a machine winding with continuous running, but it can also be provided with a single winding com - m m2 armature of comnutatriee, or with the two combined windings. The stator of the frequency changer can moreover be provided with 6, switching slots, like the frequency changers covered by Belgian patent No. 52? * Of June 19, 1925.
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Instead of directly coupling the frequency changer F with the main induction motor A, it may be advantageous to couple it to the motor A through gears in order to be able to reduce its number of poles by increasing its number of poles. speed and give it a more favorable sizing-
The greater the slip, the better the use of the alternator D and of the frequency changer F, since their dimensioning depends almost entirely on the flux of the collector machine. and that it is substantially independent of the slip.
When the slip is low enough, and in those of relatively high powers, it may be advantageous to employ a device for amplifying the excitation current, in order to be able to reduce the importance of either the alternator D and of the frequency changer F, or of the frequency changer (s) in the case of the main patent.
A device of this type is shown schematically in Figure 3. A still represents the main asynchronous motor, B the machine with an adjustment collector, E its excitation winding, F the frequency changer with its excitation winding K, D the alternator supplying the frequency exchanger with its 2 excitation windings G1 and G2. To simplify the figure, the power supply mode for these windings has not been shown, which is the same as that of FIG. 1.
N represents a collector exciter which has on its. stator an excitation winding o and a compensation winding which does not have. been represented. This winding can moreover in certain cases' be combined with the excitation winding since they are both traversed by the same current.
The exciter N is driven by a synchronous or asynchronous motor P supplied to the rings of the main asynchronous motor.
The excitement is organized as follows:
The excitation circuit proper starts from the switch of the frequency changer F and successively comprises the stator winding K of the frequency changer, the excitation winding E of the collector machine @, the excitation winding o of the exciter N and the main circuit of this excitatrice.constitué by the winding do-compensât ion and the rotor.
The voltage corresponding to the total ohmic drop of the ex- circuit
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quote is fully and directly provided by the rotor winding of the frequency changer F.
The voltage corresponding to the inductive drop of the overall excitation circuit is supplied partly by the stator winding K and partly by the rotor of the N-collector exciter. The stator winding K which has been kept on the Fig. 3 and whose main interest is to give more stability to the system, is not theoretically essential and very often
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can be deleted. In this case, which nevertheless falls within the principle of the invention, the winding X being replaced by the rotor winding of the exciter N, the frequency changer (s) take the well-known form of the frequency changer) without stator winding.
The exciter brushes are naturally wedged in such a way that the electromotive force produced in the rotor is completely disconnected.
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bats. The power of the back-pull motor P will thus be very low and its number of poles will be chosen as small as possible *
The N collector exciter can advantageously be provided with switching poles with windings carried by the main current or a bypass of this current *
The devices forming the subject of the present addition, by allowing the variation of speed to be obtained in a continuous manner, are suitable.
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c1..llirÇ.1TIe well in cases where the motors for which the speed is to be adjusted are fitted with flywheels intended to reduce the jolts of the power taken from the network:
a wattmeter relay or simply a current relay, or a
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motour-coupla, placed on the general supply circuit, act on the control heads, via a servo-motor, or directly, so as to reduce the speed of the asynchronous motor A when the power absorbed
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My a1: t rspesu exceeds a certain limit: the reduction in speed thus allows 31 '; = 1-r.t to restore, on?' motor shaft, part of the kinetic energy '1 "' i1 r, stored end = t periods of low load, the same relay; it, when 1 charma decreased, to increase the speed of the motor asynchronous jmn :: 'â the limit ohoëie for 1G maroho to 2ide, and which corresponds to but0dZ .1; J1' .. IVV ... 1D.f: tl 'rrê1;
das crC31: GS (i cma :: ¯9.
TIe :: 15 the c :: -. :: of the Fie. 2 of the main patent, the sarvo-motaur acts the offset of the frequency shaigers C and Ct, while, if the case
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of Fio. I, 2 and 3 of the present addition, he 3Bit on the heos' levers. tata 1.
It is understood that the provisions ot the $ fplicat103 which