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Commande électrique d'ascenseurs et de monte-charges et ..d'appareils de levage analogues au moyen d'un moteur triphasé à induit en cage d'écureuil ou enroulement en court-circuit.
Il est utile que les moteurs électriques servant à commander les ascenseurs, monte-charges et autres appareils de levage soient construits de façon à pouvoir tourner non seulement à une vitesse principale ou vitesse de régime, mais encore à une vitesse très basse permettant un régla- ge précis au moment de l'arrêt. Dans les commandes au moyen de moteurs triphasés rotors bagues on peut obtenir cette vitesse réduite en insérant une grande résistance dans le circuit du rotor. Lorsqu'on utilise des moteurs triphasés à induit en cage d'écureuil, il est toutefois très diffi- cile d'obtenir cette vitesse réduite.
La présente invention a pour objet une commande élec- trique d'ascenseurs, monte-charges et autres appareils de levage au moyen d'un moteur triphasé à induit en cage d'é- cureuil ou enroulement en court-circuit, cette commande étant caractérisée par le fait que la vitesse de réglage est produite sous forme de vitesse rampante par un champ
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harmonique qui se trouve dans la zone négative de rotation,
Plusieurs exemples de réalisation sont représentés sous forme de schémas de connexions dans le dessin annexé.
Suivant l'invention, il s'agit d'obtenir la vitesse réduite au moyen de vitesses rampantes établies de façon particulière, mais telles qu'elles ne dérangent pas le démarrage, la vitesse rampante étantreportée dans la zone négative de rotation lorsqu'on utilise un enroulement de stator unique, ou bien le moteur comportant deux enroule- men.ts de stator dont un seul produit la vitxesse rampante.
Au lieu d'utiliser deux enroulements, on peut aussi changer le nombre des pôles de l'enroulement principal, par exemple passer d'un enroulement principal 3 4 pôles à un enroulement à 8 pôles. La vitesse synchrone de l'enroulement tétrapolaires étant de 1500 t/min. à 50 périodes, et La vi- tesse synchrone de l'enroulement à 8 pôles étant de 750 t/min à la thème fréquence, on peut faire en sorte, en choisissant convenablement les rainures du stator et du rotor, qu'il se produise une vitesse rampante relativement très basse, pouvant être par exemple de 107 t/min.
Pour obtenir la vitesse rampante de 107 t/min. men- tionnée ci-dessus, il faut que le nombre des rainures soit de 48 dans le stator et de 56 dans le rotor, l'enroulement à 8 pisés devant être mis en circuit. L'amplitude de cette disposition en éelle est telle qu'elle représente un couple négatif très intense. L'utilisation d'un tel moteur dans un appareil de levage est la suivante. Le démarrage et la mar- che ont lieu au moyen de l'enroulement à 4 pôles. -Pendent le freinage, on met d'abord l'enroulement principal hors circuit et on met l'enroulement à 8 pôles en circuit dans le voisinage de la vitesse rampante, la vitesse de 107 t/min. s'établissant alors nettement.
La mise hors circuit finale peut avoir lieu maintenant avec une très grande précision.
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Cette remise en circuit dans le gamne de 10C < 1.FC' t/min. doit avoir lieu automatiquement au moyen d'un commutateur centrifuge ou d'autres organes agissant en fonction de la vitesse. Un réglage très précis n'est pas indispensable,
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car on peut faire le couple de l' enrou7.mrent 8 pôles plus petit que le couple indispensable pour maintenir la vite tesse.
On peut aussi choisir le nombre des rainures du stator et du rotor de façon que la vitesse rampante se trouve dans le sens négatif de rotation. On obtient ce résultat par exemple avec 40rainures dans le rotor et 48 dans la stator;
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dans ce cas la vitesse rampante se produit a-15C 1;/rrir¯. lorsque l' enroal.ez.ent 1, 8 pôles est mis en circuit. On met ensuite ce dernier en circuit avec un senusde rotation inver- se et le moteur est freine très rapidement, sans l'aide
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d'un coujffiutateur centrifuge ou -d'un organe ,ra7.o aup Tn donnant des dimensions appropriées 8 l' enrculeïr ert on Peut éviter un freinage trop énergiqu-e du moteur.
Le freinage du moteur dure jusqu'à ce qu'une vitesse de 150 tours en- viror soit atteinte, après quoi le moteur continue tour- ner Synchroniquement jusqu-'1; ce 111'il soit arrêta défini-
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tivemerlt par la mise hors circuit de 1" e.iroule#.ent e 5 pôles.
L'induit en cage d'écureuil du moteur triphasé peut être fait sous forme d'induit en cage d'écureuil simple, ou sous forme d'induit à cage d'écureuil double ou sous
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fobe de rotor dit à courants de Foucault, c' est-.-dire sous forme d'induit en cL,-e u'cureuil rainures parti- culiérerr:ent profondes. Il ne faut pas que les rainures du rotor soient entrecroisées, cornue or le fait parfois pour
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éviter les vitesses rairpantes.
On utilise principaletjent les vitesses rampantes qui dépendent de la différence entre le nombre de rainures
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du stator et celui du é-ètor par paire de pôles, les vi-
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':,esses rampantes dues uniquementaux harmoniques des rai- nures du stator convenant moins bien, parcequ'elles sont peu près les mêmes pour différents nombres de pôles. Il se produitalors une vitesse rampante à très grande for- mation de selle, en particulier lorsque la différence entre le nombre de rainures du stator et celui du rotor est de 2 par paire de pôles.
Si le nombre des rainures du rotor est égal à celui des rainures du stator plus deux par pai- re de pôles, la vitesse rampante synchrone se trouve dans la zone de rotation positive, et dans l'autre cas, dans la zone de relation négative. En conséquence, si le moteur comporte 38 rainures dans le stator et 56 ou 40 rainures dans le rotor, il se produit pour l'enroulement à 8 pôles une très forte formation de selle È, 107 ou à -15C t/min.
Des formations de selles analogues se produisent lorsque le stator a 24 rainures, le rotor en ayant 32 ou 16.
Dans des cas déterminés on peut aussi se passer du deuxième enroulement mentionné plus haut, en choisissant pour le stator et le rotor des nombres de rainures tels qu'ils se produise une vitesse rampante à très forte òr- mation de selle dans le sers négatif de la zone de rota- tion. En pareil cas on peut aussi renoncer la possibi- lité de changer le nombre de pôles de l'un des enroulements, la marche normale ayant lieu de façon que l'enroulement à 4 pôles serve par exemple pour la zonede rotation normale.
Four l'arrêt, on change le sens de rotation de l'enroulement, par exemple en intervertissant deux bornes, le voleur étant alors freiné très rapidement jusqu'à ce qu' il arrive à la vitesse rampante à forte formation de selle. Il continue ensuite simplementà tourner jusqu ce que 1'enroulement soit séparé du. réseau. En pareil cas il suffit donc d'établir l'enroulement pour un seul nom- bre de pôles, ce qui est soins coûteux de façon corres- pondante que si l'enroulement devait être établi pour
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2 nombres de pâles avec commutation.
Cette construction a diantre part l'inconvénient qu'il se produit au moment de la commutation un fort acoup de courant qui est plus grand que l'acoup de courant au démarrage dans le sens de rota- tion voulu. On peut atténuer cet acoup de courant en uti- lisant le montage en étoile au moment de la commutation de l'en roulement en vue d'obtenir l'autre sens de rotation, et le montage en triangle pour la marche normale. On peut toutefois aussi monter des résistances ou des bobines de réaction dans le circuit du stator. Il faut seulement que la Formation de selle de la vitesse ranpante reste assez for- te pour qu'il reste encore un couple suffisant sous forme de pointe négative.
Si le moteur est construit par exemple 4 pôles, on peut utiliser les nombres de rainures suivants pour le sta- tor et le rotor: 24 dans le stator et 20 dans le rotor, ou 36 dans le stator et 32 dans le rotor, ou 48 dans le stator et 44 dans le rotor. Il faut toujours que la dif- férence soit égale à 4. Cette différence devrait être de 2 pour les moteurs à 2 pôles, et de 6 pour les moteurs 6 pôles. Pour 24 rainures dansle stator, 20 rainures dans le rotor et un enroulement à 4 pôles, or- obtient par exem- ple à. 50 périodes une vitesse rampante de -300 t min. Cette vitesse rampante est une vitesse synchrone et pour la synchronisation il faut un certuin temps, d'ailleurs très petit.
Lorsque la masse des pièces en mouvement de la ma- chine entraînée reliée au motuer tombe au-dessous d'une valeur déterminée, il se produit des ratésy. En consid6- ration de cet inconvénient on fait donc l'enroulement du stator tel qu'il ne produise un champ tournant aussi sy- métrique que possible que pour le démarrage et la marche, et qu'il produise par contre pendant le freinage un champ tournant comportant des champs harmoniques tris intenses.
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On décrira maintenant un enroulement triphasé permet- tant de produire, par une simple commutation, une grande dissymétrie et par conséquent des champs harmoniques in- tenses. Un moteur triphasé à 4 pôles et 24 rainures dans le stator posssde des bobines agencées comme le mon- tre la fig. 1 du dessin annexé, A chaque phase correspon- dent 4 bobines désignées par 1,2,3,4. Ces bobines sont toutes égales entre elles et comportent chacune le pas d'enroulement complet. Pour le démarrage les bobines sont montées dans l'ordre 1, 3, 2, 4, ce qui ne produit aucun changement dans la symétrie, comme le montre la fig.
Pour produire la vitesse de réglage, on intervertit la partie 2, 4, ce qui fait que les deux bobines 1 et 2 ne produisent ensemble aucun champ fondamentale de même que 3 et 4 ensemble; le champ fondamental est donc éliminé presque complètement. La courbe des couples d'un moteur ainsimonté conformément à la fig. 3 présente dans la zone de rotation négative un couple de freinage qui augmente lorsque la vitesse diminue et qui atteint un maximum dans le voisinage de -400 t/min., puis diminue rapidement et passe par zéro au-dessous de -300 t/min. De là jusqu'à la vitesse'Le couple est moteur. Un tel moteur démarrant à partir de l'arrêt démarrera jusqu'à -270 à L1290 t/min.
Ce moteur présente donc dans la zone négative de vitesse une vitesse rampante de très grande amplitude, vitesse qui provient du cinquième harmonique. Le septième harmonique se produit ensuite dans la zone positive de vitesses, mais, contrairement aux formations de selles déjà connues, elle a une amplitude négative de beaucoup supérieure à l'am- plitude positive. Toute la zone de vitesses d'environ 170 à 1350 présente donc des moments négatifs,c'est-à-dire des moments de freinage. Le champ fondamental proprement dit produit un couple positif relativement petit et sous
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l'action du. champ du septième harmonique le couple est de
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nouveau négatif à 15CC t/min. exactement.
Lorsqu'un tel moteur montS corsée le montre la fige 2 a pris toute sa vitesse, soit par exemple 145C t/min., cette vitesse devra être considère, apr3s ls cociutation donrarnt le montage repressnte dsns la fiE. 3, corre étunt une vitesse de +1450 t/rci::, ou de -14EF t/n.in., slJ.ivs.nt que le réseau a été branché avec le Eê0e sens de rotation ou avec un sens de rotation C1L"':ï'OY:t, uL.¯.., le prci0r cas le motear restera ,CCY'OCr cette vitesse ou sera freina, suivant les 8Cf:TtS 2e frottement ce l'ensemble de l'installation. Le 1 oi;,er¯t de eiE'1 JE? L1C,2r7:e alors très rapidement et le moteur r?ùte alors û'C'Y'OC. en- viron 15C t/min.
Il est toutefois plus sur d'utiliser le sens de ratation inverse, parce qu'il se produit ds le début de grands efforts de freinage et parce que les cour pies moteurs compris entre -'1 C et C on une plus grande dnyli tuc.3e que dans le cas zlajio 52crit.
Cn peut encore 8agr>er'tcr le couple ';rot?u;L l''Cover:31;t du cinquième J1anr.o:1Íqcl2 e';: '('2,:i;:'ci: l'influence du sep- tième hGïï::OY¯lLu2, rcsultet jL1' OY? obtient ei- don"a"t des dimensions appropriées h la ccte d'écureuil, 9&J ;r¯,le en utilisant un enroulement en court-circuit ou une cese d'éuareuil à deux barreaux par rainure et. une seul coa- roù1ne d'extrémité d'un côté et une liaison frontale o rdi- naire de l'autre coté, et en choisissant le pas des S '0 G r - reaux de f3on que le septième harmonique ne produise aa- cuneVélectromotrica dans les spires du rotor, tandis que le cinquième harmonique en produit une;
ou bien en donnant au rotor d'un. moteur 4 pZles un nombre de rainures égal à 14 ou un multiple de 1' et en utilisant de chaque côté un nombre 6e couronnes d'extrércite indépendantes, apparte- nant chacune à 11 rainures uniformément réparties, égal ?
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2n2, Zn étant le nombre des rainures du. stator.
14 Si l'on veut éviter toute cou:rfiatatioia, ponr que le contrôleur soit plus simple, on peut u-tiliser m1 enroule- ment supplémentaires anronlé cornue le montre la fig, 1 et ayant le même pas que Itenroalement principal, de façon que les deux enroulements aient ext?riearei<ient l'aspect d'un enroulesient unique. ?n général il sera cependant utile de faire l' enroulement su.pple3ient.aire poar un nombre de pôles
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plus grand que l'enroulement principal, afin d'obtenir une
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vitesse de réglage trss basse. Il est également possible d'utiliser l'enroulement supplémentaire dans la for08 symé-
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trique pour obtenir un étage intermédiaire a freinage utile
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et de ne passer qL1' e!seuite 's. la forme dissymétrique dans
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laquelle la vitesse rampante est produite.
On obtient aussi
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l'avantage que le nombre de spires de l'enroulemont sapplé- mentaires peut être adapte sa couple désiré et a l'intensité de courEt admissible. L'intensité produite par le 'routage représenté dans la fis. S est sen siblese¯'rt plus grande que le courant de court-circuit de la fig. 2, parce que la dis- persicn fyont81e a été très fortement rd#ite, CG qai fait que pour pouvoir éviter ou. rédaire 1'acou.p de courant on utilise le montage en triangle en marche et le montage en étoile pour la vitesse de régluge, ou bien que l'or. ronte des bobines de réact'ion en série.
Lorsqu'on utilise un tr'a=^.st'orn,teur particulier pour le moteur de l'appareil de levage, on peat aussi assurar les conditions voulues de courant et de couple au. moyen a'une prise particulière sur la transformateur on utilisant la COïi:ü':11t2,t1021 suivant la fige e 4
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Si l'on désira par exemple que la vitesse de réglage
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d'an moteuI' à 4 pôles soit voisine de 140 tours, on donne 4.8 rainures au stator et on. (Tonne à l'enroulement sapplé-
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mentaire monté comme le contre la fig. 3 un pas égal à la
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tqi.hà a e 0 1--1
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moitié de celui de l'enroulement principal, ce qui fait
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qu'on utilise le cinqaieme bar#onique d'un enroule8nt 8p8les. On peut aussi utiliser un enrouleuert à deux couches.
Le contrôleur qui assure la commutation est fait de préférence indépendant du contrôleur rlui assure le passage et la coupure du courant du réseau, et il est toujours ac- tionné lorsque l'appareil de levage se trouve à une dis- tance déterminée de la position extrême, tsndis que la mise en action du frein mécanique et simultanément le rappel du contrôleur de commutation n'ont lieu qu'à une tri petite distance de la position extrême.
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Au lieu de la 0 1110', U t Et t i 0 il (le la 8. deux i i:; ]Y, moitié de chaque phase, on peut utilisa aussi un déplacement .le 120 de la position des vecteurs. La courbe obtenue pour le
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courant triphasé ne diffère prÛtiquer:ert pas de la courbe décrite plus haut. Chaque phase est divisée, comme le mon-
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tre la fige 4, en deux parties a, a', b, b', et e , c' qui sont montées normalement en série et qui donnent an ii-iotpur entièrement symétrique. Cr. obtient la corri:u'atior. en mon- tant en série .9., avec b', b avec é',ç avec al. Cette com- mutation se fait conn:odrr:ent. Cn obtient une coïTi'n'.u.tation. parti culi à x-etrier. simple en utilisant le montage en triai=- gle (fig. 5).
Pour la marche normale on ppplique la tsnsjon par exemple aux points U V W, ce qui fait que ± est monte
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en série avec a'. b avec b' etc avec é' ( moteur tri')basé normal monté en triangle). 20ur la commutation on. applique maintenant la tension points Ii' V 'it , a étant alors maintenant la tensioll *ai< points moment de cette corn7utetiori, relié b à moment cette commutation, il ne se .rodait au.ou.ne irterriipticr- rJ? l'erroalempnt in- térieur du moteur. La cornutation a eu pour effet de chan- ger le sens de rotation.
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Les courants qui se produisent dans l'enroalemant après la commutation sont plus grands que le courant de
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court-circuit dans le montage symétrique.
Si l'on veut évi- ter cette augmentation du courant, on peut utiliser les moyens déjà mentionnés pour réduire le courant. Dans la plupart des cas il suffit de monter une bobine de réaction en série.
Dans bien des cas il est plus avantageux d'utiliser deux moteurs, un moteur principal normal et un moteur sup- plémentaire qui produit la vitesse lampante.
Les dimensions du moteur de marche peuvent alors être relativemenz petites, car réchauffement qui se pro- Hait pendant l'utilisation de la vitesse de réglage est supprimé, puisque cette vitesse est produite dans le moteur supplémentaire. Ce dern eier ne sert qu'à produire la vites- se de réglage et il n'est par conséquent utilisé que pen- dant une petite partie de la durée d'utilisation totale. Ce moteur supplémentaire peut donc être très surchargé et on peut lui donner des dimensions sensiblement plus petites qu'au moteur principal.
Ce moteur supplémentaire est enroulé pour un nombre de pôles aussi grand que possible, par exemple pour 8 pu plus de 8 pôles, tandis que le moteur principal est construit à 4 pôles, ce qui fait qu'en utilisant le cinquième harmo- nique on obtient un report de 10 : 1 ou même un rapport encore plus grand entre la vitesse de marche et la vitesse de réglage.
La puissance effective relativement grande empruntée au réseau est un inconvénients lorsqu' il s'agit d'obtenir la vitesse de réglage au moyen de champs harmoniques. Pour réduire cette puissance on peut utiliser un étage in termé- diaire fonctionnant avec un freinage utile ou prendre une vitesse de réglage très basse, car les pertes peuvent être réduites presque proportionnellement à la vitesse de réglage.
Ainsi qu'on l'a déjà dit, on donne un grand nombre de
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pôles au moteur supplémentaire et dans des cas particu- liers on le munit encore d'un renvoi à engrenages en pre- nant un rapport de transmission tel que le moteur reste encore dans des limites admissibles lorsque le vitesse du moteur principal est normale.
L'avantage de l'utilisation d'un moteur principal et d'un moteur supplémentaire accou- plé avec lui, c'est qu'il est possible de rosier convena- blement, indépendamment de l'enroulement du moteur princi- pal, les couples nécessaires pour la vitesse rampante, et que le moteur principal peut être construit sous forme de moteur à doubles rainures ou de rctor courants de Fou- cault sans exercer d'action nuisible sur les conditions qui se produisent à la vitesse de réglage. Il est en outre
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possible de réduire la hauteur iaré-ale du moteur su; 1¯r- montaire par raliport le, construction rorr 7 , car le champ principal va plus en arribre.
Les seules modifica- tions nécessaires à aport81' \ un moteur norrral sont l'aug- mentation de lE ;7rGi'JU 1C'üï des rainures et Itcua?t2tion de la section du cuivre du stator.
Cn ,'8ut réduire selO si blen!0J1t les dimensions lu moteur supplémentaires en faisant en sorte que le 're;r:ac. jus- qu'à la vitesse de réglage ait lieu mécaniquement, ou é-
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lectriquement par le moteur principal, ci e=t-1=- dire que le moteur supplémentaire P. n t c-. i 1.. fournir que 1.a mcrche bzz la vitesse de réglage, surtout lorsque le -,ct,z.c g,ràrci=Jal et le moteur suplj2ntair2 sfentr'ai0Dt le vitesse de réglage.
Si le moteur principal est fait par exemple a p pôles et comporte 48 rainures dans le stator et 44 rainu-
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res dans le rotor, or obtient à 51 périodes et 16 t/m"in. une vitesse de réglage qui se trouve dans la zone de rota- tion négative, qui est toutefois de nature synchrone et qui ne retient le moteur ralentissant que lorsque la force
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vive de la masse tournante,. y compris celles des masses qui montent et qui descendent rapportées à la vitesse de ro- tation du moteur, dépasse une valeur déterminée, car il faut que le acteur se synchronise à cette vitesse.
Si l'on donne également 48 rainures, mais 8 pôles, 8.Il moteur supplé- mentaire, et si l'on remplitla condition que l'enroulement dissymétrique soitconstitué par des groupes de bobines couvrant chacune 1/6 du. pas des pôles lorsque tout le pas de 1'enroulement est utilisé, deux groupes de bobines successifs étant toujours montés en opposition, ce moteur supplémentaire exerceégalement à l36 t/min. un couple agissant dans le sens positif.
Il provoque donc la synchro- nisation du moteur principal etn'a besoin d'être mis en circuit qu'immédiatement avant que la vitesse rampants synchrone ne soitatteinte, de même qu'il pourrait aussi n'être remis hors circuit qu'immédiatement après la syn- chronisation. Dans ca cas, son couple n'a besoin que d'eê- tre sensiblement plus petit qui s'il servait seul éta- blir la vitesse de réglage.
Les idées décrites nesont pas limitées à desmo- teurs triphasés; elles peuvent aussi être appliquées de façon correspondante aux moteurs monophasés et aux moteurs diphasés.