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"SYSTEME PERFECTIONNE POUR LA COMMANDE DE MOTEURS ELECTRIQUES
DE TRACTION A COURANT CONTINU" L'invention,système Demany,consiste en des perfection- nements apportés au mode de démarrage,de réglage de la vi- tesse et de freinage par récupération des moteurs électri- ques de traction alimentés par du courant continu,connu sous le nom de système S.T.A.R., ou tout autre analogue comportant l'intercalation en série dans le circuit des moteurs d'une dynamo auxiliaire qui sera dénommée par la suite régulatrice
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On sait que l'excitation de cette régulatrice peut être réalisée au moyen de plusieurs enroulements d'exci- tation dont le jeu assure la constance du courant admis dans les moteurs.
La puissance maximum demandée à la régulatrice dans le cas d'un démarrage complet atteint,dans les dispositifs connus,au moins la moitié de la puissance totale des moteurs commandes.
Le but principal de la présente invention est de réduire cette puissance.
A cette fin, la régulatrice est subdivisée en deux ou plus de deux éléments qui sont insérés dans le circuit de deux ou plus de deux moteurs établis pour une tension différente de celle de la ligne d'alimentation.
Chaque élément est ainsi associé directement ou indi- rectement à un ou plusieurs moteurs avec lesquels il forme un groupe.
Les divers groupes constitués sont couplés suivant le système dit série parallèle ou suivant tout autre couplage multiple utilisable en traction.
Grâce à l'invention, l'ensemble des éléments de régula- trice a une puissance moindre que n'aurait une régulatrice unique pour un même programme envisagé;le volume,l'encombre- ment, le poids,les pertes de l'appareil régulateur sont donc moindres et le rendement du système se trouve notablement au- gmenté.
Sur la figure 1 du dessin ci-joint on a représenté schématiquement,à titre d'exemple,un mode de réalisation du système de commande perfectionné pour un équipement de trac- tion composé de deux moteurs Ml et M2 à excitations indépen- dantes.
Ces excitations sont alimentées par deux excitatrices
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.En et @2 à circuits inducteurs entièrement feuilletés et excitées par les courants traversant les moteurs,une exci- tation indépendante'est prévue pour le freinage ou la dé. sexcitation des moteurs en pleine marche,
Le circuit de cette excitation indépendante aura une self induction suffisante pour ne pas amortir l'effet de stabilité que donne l'excitation parcourue par le courant du moteur,laquelle reste toujours branchée de la même façon, sauf en cas d'inversion du sens de la marche du train,et est donc par suite parcourue au freinage par un courant de sens inverse de celui du démarrage.
Une induction mutuelle entre le courant du moteur et le courant d'excitation peut renforcer la stabilité.
L'avantage de ce système d'excitation des moteurs est de simplifier et de faciliter l'établissement du freina- ge.
Sur le dessin figure 1
X est la ligne d'alimentation à tension constante =7
G est la terre
R1 et R2 sont les deux demi-régulatrices établies cha- cune pour la moitié de la tension d'alimentation et comportant chacune par exemple trois enroulements d'excitation,le premier S d'excitation série,avec une prise sur l'enroulement, le se- don s d'excitation shunt dérivée aux bornes de la régulatrice, le troisième i d'excitation indépendante,
Les régulatrices R1 et R2 sont entrainées à vitesse sensiblement constante par un moteur auxiliaire.
La résistance de l'enroulement shunt . est exactement la résistance maximum qui permettrait l'amorçage de la régula- trice à vide en génératrice.
L'enroulement série S est connecté dans le sens inverse de celui qui pourrait produire l'amorçage en court-circuit.
L'on sait que dans ces conditions le courant débité par la régulatrice sera indépendant du voltage aux bornes de celle-ci
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et ne dépendra en valeur et en direction que de la valeur et du sens de la tension appliquée à l'excitation indépen- dante i.
Cette caractéristique de la régulatrice est limitée par la saturation de son circuit magnétique.
C1, C2, C3, 04, sont des contacteurs connectés ainsi qu'il est montré èt fonctionnant de la manière qui va être expliquée ci-après. Ces contacteurs sont ouverts à l'arrêt.
Le fonctionnement du système perfectionné est obtenu de la manière suivante ;pendant la première phase cha. démarra- ge le fonctionnement ne diffère pas beaucoup de celui du système connu.
Les demi-régulatrices R1 et R2 sont excitées par la fermeture de leurs excitations shunts $ et une légère exci- tation indépendante i donnant le sens voulu. Elles s'établis- sent donc à leur voltage normal équilibrant à elles deux la tension d'alimentation V.
Le contacteur C1 se ferme dès l'équilibre atteint.On établit alors l'excitation indépendante à la valeur voulue et cette fois,en sens inverse de l'excitation shunt s.
Le courant désiré s'établit dans le circuit et les mo- teurs démarrent. Avec les moyens connus le démarrage se pour- suivrait jusqutà inversion du voltage des demi-régulatrices R1 et R2.
Grâce à l'invention qui associe la demi-régulatrice R1 au moteur Ml et la demi-régulatrice % au moteur M2 le démarrage se poursuit comme suit :
Au moment où le voltage aux bornes du contacteur C2 est nul celui-ci se ferme.
Cette fermeture provoque la réduction de l'excitation indépendante des régulatrices ce qui réduit le courant débité par celles-ci et comme C2 laisse dans le circuit des moteurs une partie des excitations séries S ces dernières provoquent l'inversion du champ des régulatrices.
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La réduction du courant qui traverse le contacteur C1 provoque son ouverture.
Le voltage des régulatrices augmente aussitôt C1 ouvert.
Dès que le voltage entre contacts des contacteurs C3 et C4 tombe en dessous d'une certaine valeur ces contacteurs se fèrment.
Cette fermeture provoque la réduction du courant qui traverse le contaoteur C2 lequel s'ouvre.
Pour obtenir ces effets: chacun des contacteurs C1, C2
C3 est muni d'un relais de tension,qui coupe son circuit de' fèrmeture dès que la tension entre ses contacts atteint une .certaine valeur prédéterminée et d'un enroulement série qui le maintient fermé tant.que le courant qui traverse ses contact dépasse une valeur réduite également prédéterminée.
Des interconnexions supplémentaires représentées sur la figure 3 du dessin annexé rendent le fonctionnement tout à fait automatique.
Pour la compréhension de cette figure 3, les contacteurs Ci) C2, C3, C4 sont représentés par leurs enroulements,les relais visés ci-dessus sont représentés par rt1, rt2, rt3, et les interconnexions par les contacts auxiliaires a, contacts man.oeuvrés par le contacteur correspondant.La résistance r a le pôle s alimenté par la ligne et est en série avec les exci- tations indépendantes ides régulatrices, le fil f est connecté à la ligne au freinage et le fil au démarrage.
Le fil X est toujours connecté à la ligne.Le fil ± ne sert donc que pendant le passage série parallèle,le fil 1 que pendant le passage parallèle série,et le fil X alimente normalement,quand le con- tacteur C2 n'est pas fermé,soit le contacteur 01,soit les con- tacteurs C3 et 04.
Il est visible que le schéma indiqué réalise l'automa- ticité de la succession des opérations décrites ci-dessus.
Dès que le contacteur C2 est ouvert,le démarrage s'opè- re et se poursuit à une intensité normale jusqutà ce que le
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voltage aux bornes des moteurs soit 1,5 fois la tension d'alimentation de la ligne.
Cette tension 1,5 V est la tension nominale de fonc- tionnement choisie pour les moteurs Il et M2.
La vitesse de ceux-ci peut encore être augmentée par la désexcitation des excitatrices,soit par shuntage de leurs en- roulements d'excitation parcourus par le courant des moteurs, soit par l'alimentation de leurs excitations indépendantes par un voltage de sens et grandeur convenables. Les régulatri- ces continuent dans ce cas leur rôle de limiteur d'intensité.
Lorsque les moteurs ont atteint la pleine vitesse dési- rée le wattmann coupe ou réduit l'excitation indépendante des régulatrices et en même temps supprime la désexcitation éven- tuelle des excitatrices. Le voltage des régulatrices s'inverse, le courant des moteurs se réduit et les pertes dans l'équipe- ment deviennent si faibles qu'il n'y a aucun intérêt à couper le circuit des moteurs.
Le moment venu de freiner.quel que soit le point du démarrage atteint, il suffit d'alimenter l'excitation indépen- dante des excitatrices au moyen d'un voltage progressif de sens inverse à celui employé pour la désexcitation et d'inver- ser le courant d'excitation indépendant des régulatrices.
Le courant des moteurs s'établit en sens inverse et ils freinent en récupération.
Le passage en freinage du couplage parallèle au couplage série s'opère exactement par les opérations inverses et en ordre inverse de celles réalisées au passage série à parallèle.Les relais et interconnexions visés plus haut,réalisent également le passage automatiquement dans ce sens, ainsi qu'il est possible de s'en rendre compte d'après le schéma figure 3.
Tout autre combinaison de contacteurs peut être envisa- gée et en particulier au lieu de la commande individuelle on peut adopter la commande par arbre à cames réalisant,par plu- sieurs crans,les combinaisons voulues dans l'ordre toulu.
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Tout autre système d'excitation des régulatrices donnant les mêmes résultats peut être employé,notamment le système à deux enroulements indique dans le brevet N 268.298 déposé le .10 Juin . 1914 au nom de la Société Anonyme S.T.A.R.
Il est toujours possible avec des rhéostats potentiom6tri- ques de trouver les tensions variant dans la proportion voulue pour alimenter l'enroulement à fil fin.
Les deux excitatrices peuvent évidemment être réunies dans une seule machine,mais il est plus avantageux de réali- ser les demi-régulatrices R1 et R2 en une seule machine, avec un seul circuit magnétique,deux enroulements induits et deux collecteurs,
Dans ce dernier cas le bon partage du courant entre les moteurs impose deux excitatrices séparées.
D'autres excitations des moteurs M1 et M2,par exemple celle réalisée dans le système S.T.A.R. connu,pourraient être employées.
Il est évident,que l'invention serait également ap- plicable dans le cas où les moteurs Ml et M2 seraient rempla- cés par plusieurs moteurs,et que d'autres combinaisons de couplage pourraient être réalisées sans sortir du cadre de l'invention.
On pourra notamment envisager la commande de quatre moteurs par une régulatrice divisée en deux machines à deux enroulements chacune et deux excitatrices agissant respecti vement sur deux moteurs,associés à deux éléments de régulatri- ce n'ayant pas le même circuit magnétique.
Ces éléments de régulatrices seraient prévus pour 1/4 V.
La figure 2 du dessin annexé ci-après montre schémati- quement une combinaison d'ensemble comportant quatorze contac- teurs,qui permet de réaliser successivement les couplages séria, série parallèle,parallèle.
Dans cet exemple de réalisation de l'invention les moteurs sont amenés à une tension de fonctionnement 5/4 V.
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M1,M2,M3,M4 sont les quatre moteurs de traction.
R1 et R'1 les deux éléments de régulatrice ayant même cir- cuit magnétique.
Si l'excitation série commune à ces deux éléments.
R2, Rt2, et S2 les deux antres éléments et leur excitation série commune. e1-3 l'excitatrice commune aux moteurs Ml et M3. e2-4 l'excitatrice commune aux moteurs M2 et M4.
Succinctement : Le passage série à série parallèle s'opérera à plein voltage des régulatrices par successivement : C2 fermé,Ci ouvert, C3 et C4 fermés avec les jeux d'excitation convenables, étant entendu que deux moteurs M2 et M3 sont coupés à un moment donné mais restent excités.
Le passage série parallèle à parallèle s'effectuera ensuite par C5 et C6 fermés sur des résistances de passage r1 et r2, réduction des excitations indépendantes des régu- latrices, coupure de C7 et C8 -(les moteurs M2 et M3 ne tra- vaillent plus mais restent excités) fermeture de C11,C12,C9, C10, rétablissement des excitations indépendantes.coupure de C5, C6.
Au passage inverse en freinage,les résistances de passage r3 et r4 sont insérées par 13 et C14.
Il n'est pas utile de s'étendre plus longuement sur cette réalisation dont tous les principes,sauf l'emploi d'une résistance de passage, sont inclus dans le premier exemple donné
Il est facile de constater que grâce au système per- fectionné qui vient d'être décrit, dans le cas de deux moteurs, la puissance maximum demandée à l'ensemble des régulatrices est le 1/3 de la puissance totale des moteurs commandés.
Dans le cas de quatre moteurs cette puissance est le 1/5 de la puissance totale des moteurs. L'avantage du système est donc très important.
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On peut également dans le cas de deux moteurs atteindre le résultat auquel on arrive avec quatre moteurs par l'emploi d'une régulatrice en deux parties établies chacune pour 1/4 V; dans la première phase du démarrage ces demi-régulatrices alimenteraient chacune directement un moteur en circuit indépendant;ensuite des résistances de passage permettraient dès que le voltage aux moteurs serait de 1/4 des volts,la mise en série des moteurs et des demi-régulatrices entre la ligne d'alimentation et la terre;des résistances de passage permettraient également la mise en parallèle.
RESUMA
Système perfectionné pour la commande de moteurs électriques de traction à courant continu,d'après le système S.T.A.R. ou tout autre système,comportant l'intercalation en série dans le circuit des moteurs de traction d'une dyna- mo auxiliaire,caractérisé en ce que :
1 - La machine auxiliaire ou régulatrice est subdivi- sée en plusieurs éléments dont on utilise complétement l'ac- tion dans les différents circuits des combinaisons de coupla. ge multiples utilisés en traction série,série parallèle,pa- rallèle etc...... en vue d'améliorer le rendement du système
2 - Les moteurs de traction sont établis pour un voltage de fonctionnement différent de celui de la ligne d'alimentation;ce qui,combiné avec la subdivision de la ma- chine régulatrice permet le démarrage au delà du couplage des moteurs en parallèle sur le réseau.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"PERFECTED SYSTEM FOR THE CONTROL OF ELECTRIC MOTORS
CONTINUOUS CURRENT TRACTION "The invention, the Demany system, consists of improvements made to the starting, speed control and regenerative braking mode of electric traction motors supplied by direct current, known under the name of the STAR system, or any other analog comprising the intercalation in series in the circuit of the motors of an auxiliary dynamo which will be referred to hereinafter as a regulator
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It is known that the excitation of this regulator can be achieved by means of several excitation windings, the clearance of which ensures the constancy of the current admitted into the motors.
The maximum power requested from the regulator in the case of a full start reaches, in known devices, at least half of the total power of the motors controlled.
The main aim of the present invention is to reduce this power.
To this end, the regulator is subdivided into two or more elements which are inserted into the circuit of two or more motors established for a voltage different from that of the supply line.
Each element is thus associated directly or indirectly with one or more engines with which it forms a group.
The various groups formed are coupled according to the so-called parallel series system or according to any other multiple coupling which can be used in traction.
Thanks to the invention, all of the regulator elements have a lower power than a single regulator would have for the same envisaged program; the volume, size, weight, losses of the device. regulator are therefore lower and the efficiency of the system is notably increased.
In FIG. 1 of the accompanying drawing is shown schematically, by way of example, an embodiment of the improved control system for a traction equipment consisting of two motors M1 and M2 with independent excitations.
These excitements are fed by two exciters
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.In and @ 2 with inductor circuits entirely laminated and excited by the currents flowing through the motors, an independent excitation is provided for braking or de-energizing. excitation of engines in full swing,
The circuit of this independent excitation will have a sufficient self-induction so as not to damp the effect of stability given by the excitation carried by the motor current, which always remains connected in the same way, except in the event of reversal of the direction of running of the train, and is therefore therefore traversed during braking by a current in the opposite direction to that of starting.
Mutual induction between motor current and excitation current can enhance stability.
The advantage of this motor excitation system is that it simplifies and facilitates the establishment of the braking.
In the drawing figure 1
X is the constant voltage supply line = 7
G is the earth
R1 and R2 are the two half-regulators each established for half the supply voltage and each comprising for example three excitation windings, the first S of series excitation, with a tap on the winding, the second s of shunt excitation derived at the terminals of the regulator, the third i of independent excitation,
Regulators R1 and R2 are driven at substantially constant speed by an auxiliary motor.
The resistance of the shunt winding. is exactly the maximum resistance which would allow the starting of the vacuum regulator as a generator.
The S series winding is connected in the reverse direction from that which could produce the short-circuit ignition.
We know that under these conditions the current delivered by the regulator will be independent of the voltage at the terminals of the latter.
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and will depend in value and direction only on the value and direction of the voltage applied to the independent excitation i.
This characteristic of the regulator is limited by the saturation of its magnetic circuit.
C1, C2, C3, 04, are contactors connected as shown and operating in the manner which will be explained below. These contactors are open when stopped.
The operation of the improved system is obtained as follows: during the first phase cha. start-up operation does not differ much from that of the known system.
The half-regulators R1 and R2 are excited by the closure of their shunt excitations $ and a slight independent excitation i giving the desired meaning. They therefore settle at their normal voltage, balancing the supply voltage V.
Contactor C1 closes as soon as equilibrium is reached. The independent excitation is then established at the desired value, this time in the opposite direction to shunt excitation s.
The desired current builds up in the circuit and the motors start. With the known means, starting would continue until the voltage of the half-regulators R1 and R2 is reversed.
Thanks to the invention, which associates the half regulator R1 with the motor M1 and the half regulator% with the motor M2, the start-up continues as follows:
When the voltage across contactor C2 is zero, it closes.
This closing causes the reduction of the independent excitation of the regulators which reduces the current delivered by them and as C2 leaves part of the S series excitations in the circuit of the motors, the latter cause the inversion of the field of the regulators.
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Reducing the current flowing through contactor C1 causes it to open.
The voltage of the regulators increases as soon as C1 open.
As soon as the voltage between contacts of contactors C3 and C4 falls below a certain value, these contactors close.
This closing causes the reduction of the current which passes through the contactor C2 which opens.
To obtain these effects: each of the contactors C1, C2
C3 is fitted with a voltage relay, which cuts its closing circuit as soon as the voltage between its contacts reaches a certain predetermined value and a series winding which keeps it closed as long as the current flowing through its contacts exceeds a reduced value also predetermined.
Additional interconnections shown in Figure 3 of the accompanying drawing make the operation fully automatic.
For the understanding of this figure 3, the contactors Ci) C2, C3, C4 are represented by their windings, the relays referred to above are represented by rt1, rt2, rt3, and the interconnections by the auxiliary contacts a, man contacts. operated by the corresponding contactor. The resistor is the pole s supplied by the line and is in series with the independent excitation ides regulating, the wire f is connected to the line when braking and the wire at start-up.
Wire X is always connected to the line, so wire ± is only used during parallel series passage, wire 1 only during series parallel passage, and wire X feeds normally, when contactor C2 is not closed, either contactor 01, or contactors C3 and 04.
It is visible that the diagram shown automates the succession of operations described above.
As soon as contactor C2 is opened, starting takes place and continues at normal intensity until the
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voltage at the motor terminals, i.e. 1.5 times the line supply voltage.
This 1.5 V voltage is the nominal operating voltage chosen for motors II and M2.
The speed of these can be further increased by the de-excitation of the exciters, either by shunting their excitation windings carried by the current of the motors, or by the supply of their independent excitations by a voltage of direction and magnitude suitable. In this case, the regulators continue their role of current limiter.
When the motors have reached the desired full speed the Wattmann cuts or reduces the independent excitation of the regulators and at the same time suppresses any de-excitation of the exciters. The voltage of the regulators is reversed, the current of the motors is reduced and the losses in the equipment become so low that there is no point in breaking the circuit of the motors.
When the time comes to brake, whatever the starting point reached, it suffices to supply the independent excitation of the exciters by means of a progressive voltage in the opposite direction to that used for the de-excitation and to invert the excitation current independent of the regulators.
The current of the motors is established in the opposite direction and they brake in recovery.
The changeover to braking from parallel coupling to series coupling is effected exactly by the reverse operations and in reverse order to those carried out for changing from series to parallel. The relays and interconnections referred to above also perform the change automatically in this direction, as well as 'it is possible to realize it according to the diagram figure 3.
Any other combination of contactors can be envisaged and in particular instead of the individual control it is possible to adopt the camshaft control effecting, in several notches, the desired combinations in the order listed.
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Any other system of excitation of the regulators giving the same results can be used, in particular the system with two windings indicated in patent No. 268,298 filed on June 10. 1914 in the name of Société Anonyme S.T.A.R.
It is always possible with potentiometric rheostats to find the voltages varying in the desired proportion to feed the fine wire winding.
The two exciters can obviously be combined in a single machine, but it is more advantageous to realize the half-regulators R1 and R2 in a single machine, with a single magnetic circuit, two induced windings and two collectors,
In the latter case, the good sharing of the current between the motors requires two separate exciters.
Other excitations of M1 and M2 motors, for example that carried out in the S.T.A.R. known, could be used.
It is obvious that the invention would also be applicable in the case where the motors M1 and M2 are replaced by several motors, and that other coupling combinations could be made without departing from the scope of the invention.
In particular, it is possible to envisage the control of four motors by a regulator divided into two machines with two windings each and two exciters acting respectively on two motors, associated with two regulating elements not having the same magnetic circuit.
These regulator elements would be designed for 1/4 V.
FIG. 2 of the appended drawing below shows schematically an assembly combination comprising fourteen contactors, which enables serial, series parallel, parallel couplings to be carried out successively.
In this exemplary embodiment of the invention, the motors are brought to an operating voltage of 5/4 V.
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M1, M2, M3, M4 are the four traction motors.
R1 and R'1 the two regulator elements having the same magnetic circuit.
If the series excitation common to these two elements.
R2, Rt2, and S2 the two other elements and their common series excitation. e1-3 the exciter common to motors M1 and M3. e2-4 the exciter common to M2 and M4 motors.
Briefly: The series to parallel series changeover will take place at full voltage of the regulators by successively: C2 closed, Ci open, C3 and C4 closed with the appropriate excitation sets, it being understood that two motors M2 and M3 are cut at a time given but remain excited.
The series parallel to parallel transition will then be effected by C5 and C6 closed on transition resistors r1 and r2, reduction of the excitations independent of the regulators, cut of C7 and C8 - (the M2 and M3 motors are no longer working. but remain excited) closure of C11, C12, C9, C10, reestablishment of independent excitations. cut of C5, C6.
On reverse braking, the transition resistors r3 and r4 are inserted by 13 and C14.
It is not useful to elaborate further on this realization of which all the principles, except the use of a passage resistance, are included in the first example given
It is easy to see that thanks to the improved system which has just been described, in the case of two motors, the maximum power required of all the regulators is 1/3 of the total power of the motors controlled.
In the case of four engines this power is 1/5 of the total power of the engines. The advantage of the system is therefore very important.
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In the case of two motors, it is also possible to achieve the result which is achieved with four motors by using a regulator in two parts, each set for 1/4 V; in the first phase of starting these half-regulators would each feed a motor directly in an independent circuit; then pass-through resistors would allow as soon as the voltage to the motors would be 1/4 volts, the connection of the motors and the half-regulators between the supply line and the earth; through resistors would also allow paralleling.
SUMMARY
Advanced system for the control of electric traction motors with direct current, according to the S.T.A.R. or any other system, comprising the intercalation in series in the circuit of the traction motors of an auxiliary dynamic, characterized in that:
1 - The auxiliary or regulating machine is subdivided into several elements, the action of which is completely used in the various circuits of the coupla combinations. Multiple ge used in series traction, parallel series, parallel, etc ...... in order to improve the efficiency of the system
2 - The traction motors are set for an operating voltage different from that of the supply line; which, combined with the subdivision of the regulating machine, allows starting beyond the coupling of the motors in parallel on the network. .
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.