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Pr cédé de fonctionnement de moteurs oompound à couplage TrriAble pour la traction électrique à récupération,
Cette invention a pour objet un procédé de fonctionnement de moteurs compound à couplée variable pour la traction électrique à récupération.
Les systèmes de traction électrique utilisant des moteurs compound avec couplage série-parallèle, connus à ce jour, peuvent être rangés dans deux catégories bien distinctes : dans une première catégorie, les systèmes dans lesquels le passage du groupement en série au groupement en parallèle,
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parallèle, ou inversement, s'effectue sans courant, apres ouverture des circuits de traction, dans une deuxième catégorie, les systèmes d.ns les- quels la transition entre les deux groupements s'effectue par la méthode bien connue du pont.
Les systèmes ressortissant à la prépare catégorie conduisent, de toute évidence, à des discontinuités impor- tantes dans les efforts de traction au démarrage et dans les efforts résistants lors du freinage par récupération.
En outre, l'immotbilis tion foruite et momentanée /la du combinateur sur la position de la transiton pour laquelle les circuits de traction sont coupés provoque le ralentis- sement du véhicule et un à-coup important lors du rétablis- sement des circuits.
Les systèmes ressortissant à la deuxième catégorie conduisent à des pertes élevées d,.ns les résistances formant le pont.
D'Autre part, si ces dernieres ne présentent pas des valeurs égales, condition qui,, même en supposant un réglage initial parfait, peut être difficile à maintenir dans le temps, l'un des moteurs, ou l'un des groupes de moteurs se trouve fonctionner en génératrice pendant le démarrage,et en moteur pendant le freinage, ce qui conduit à des variations importan- tes dans l'effort de traction, ou dans l'effort résistant, appliqué au véhicule,
Il en résulte des dépenses supplémentaires d'énergie et d'entretien du matériel ainsi qu'une réduction du confort des voyageurs,
Le procédé d'après l'invention qui remédie à ces inconvénients, consiste :
d'une
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d'une part, prur le démarrage à éliminer un certain nombre des moteurs (par exemple la moitié dans le cas de mo- teurs en nombre pair) après réduction de leur force contre élec tro-motrice, par exemple par élimination de leur excitation shunt et mise en court-circuit sur une résistance appropriée, puis à brancher sous la tention totale, lesdits moteurs élimi- nés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisi- ne de celle de la ligne, par exemple gràoe à un ajustement préalable de leur excitation shunt.
d'autre part, pour le freinage par récupération, à mettre en court-circuit le même nombre de génératrices sur une résistance appropriée, après leur débranchement de la ligne d'alimentation et suppression de leur force électro-motrice, par exemple par élimination de leur excitation shunt, puis en disposant les génératrices éliminées en série avec lesgénéra- trioes restées en circuit et à rétablir leur force électro- motrice par exemple par la mise en circuit de leur excitation shunt, dans le but de réaliser a permanence de l'effort de traction lors du démarrage et de l'effet résistant au freinage par récupération,
d'empêcher le fonctionnement en génératrice d'un ou plusieurs moteurs pendant le démarrage ainsique le fonctionnement en moteurs d'une ou plusieurs génératrices pendant le freinage par récupération, avec le minimum de pertes rhéostntiques.
Les modifications de couplage des moteurs oompound lors des transitions série-parallèle et parallèle-série sont ainsi telles que :
1 ) il n'y ait à aucun instant suppression, et à fortiori inversion, de l'effort total de traction lors du démarrage et de l'effort total résistant lors du freinage par récupération. 2 )
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2 ) il n'y ait à aucun instant inversion des con- ditions de fonctionnement de l'un quelconque des moteurs ou des groupée de moteurs.
3 ) les pertes rhxostatiques soient réduites au minimum.
Dans le dessin annexé qui représente un exemple de réalisation du procédé de fonctionnement d'après l'invention:
Figs. 1 à 9 montrent les diverses modifications de couplage qui sont apport6es d'après l'invention, dans le cas d'un équipement à deux moteurs,
Fig. 1 représentant le couplage série des moteurs, et
Fig. 9 représentant le couplage parallèle, Fig. 10 montre schématiquement un exemple d'équipement applicable dans le cas d'une voiture motrice comportant deux moteurs et un combinateur à dix positions de marche.
En Fig. 1 sont représentés : en 1 le pôle positif de la ligne d'alimentation, en 2, la résistance de démarrage divisée en deux éléments 21 et 22,en 31 et 32, les enroulements inducteurs série des moteurs 1 et 11, en 41 et 4. les enroulements induits (y compris les enroulements inducteurs de commutation) des moteurs 1 et Il en 5 et 5. les enroulements inducteurs shunt des moteurs 1 et 11, en 6 le rhéostat d'excitation shunt, en 7 le pôle négatif de la ligne d'alimentation.
En partant de la position en série des deux moteurs les opérations successives suivantes sont réalisées : Fig. 2 - mise en court-circuit de l'enroulement i n- ducteur shunt 51 du moteur 1, ajustement de la résistance utilisée du rhéostat 6 à une valeur convenable et introduction dans le circuitdes enroulementsinducteurs série31 et 3et des
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des induits 41 et 4 de la résistance 21.
La résistance du rhéostat 6 doit être telle que le courant traversant l'enroulement inducteur shunt 52 soit augmenté.
De cette façon, la force contre électro-motrice du moteur Il est augmentée au moment même où la force contre électro.motrice du moteur 1 est réduite du fait de la sugres- sion de son excitation shunt. Il en résulte que la valeur de la résistance 21 utilisée pour limiter l'afflux du courant dans le circuitdes enroulements inducteurs série 3 1 et 3 et des induits 41 et 42 peut être très faible ainsi que les pertes rhéostatiques qui correspondent à cette valeur.
De plus, la variation de l'effort moteur total est très réduite puisque l'effort supplémentaire fourni par le moteur Il compense la réduction de l'effort du moteur 1.
Fig. 3 - mise hors-circuit de l'excitation shunt 51 du moteur 1, Fig. 4 - mise en court-circuit sur la résistance 22 de l'enroulement inducteur série31 et de l'induit 41 du moteur 1.
Ce moteur, du fait de la suppression de l'excitation shunt 51 ne peut fonctionner en génératrice.
La mise en court-circuit n'entraîne que de faibles modifications dans le fonctionnement du moteur II puis...que la force contre électro-motrice du moteur 1 était déjà très réduite.
Ces modifications sont d'ailleurs telles que le courant dans l'inducteur série 32 et l'induit 42 du moteur
Il augmentant l'effort supplémentaire forni par le moteur IV, compense comme précédemment (Fig.2)la suppression de l'effort du moteur 1.
La
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La variation de l'effort Moteur total est donc très faible.
Fig. 5 - mise hors circuit de l'enroulement inducteur série 3 et de l'induit 41 du moteur 1.
Fig. 6 - mise en circuitde l'enroulement inducteur shunt 51 en laissant toutefois ses extrémités en court-cir- cui t .
Fig. 7 - suppression du court-circuit de l'enroulement inducteur shunt 51 avec ajustement de la résistance utilisée du rhéostat d'excitation 6 à une valeur convenable.
Cette opération a pour but de développer aux bornes de l'induit du moteur 1 une tension légèrement inférieure à la tension entre les pôles 1 et 7 de la ligne d'alimentation, afin de limiter l'afflux du courant et la variation de l'effort de traction lors de la mise en parallèle des moteurs.
Fig. 8 - mise en liaison de l'extrémité libre de l'induit du moteur 1 avec le pôle 7 de la ligne et ajustement de la résistanceutilisée du rhéostat d'excitation shunt des deux mo- teurs à une valeur convenable. Le réglage de l'excitation shunt du moteur 1 peut, ainsi que pour l'opération (Fig.7) être réali- sé, simultanément, par shuntage de l'enroulement 51 du moteur 1 dans le cas où il serait désirable que la valeur de cette exci- tation soit différente de celle du moteur 11.
Les deux moteurs sont, dès ce moment, en parallèle.
La mise en coût-circuit des éléments 21 et 22 de la résistance de démarrage termine le cycle des opérations (Fig.9).
On voit que pour toutes les opérations successives de transition pendant le démarrage ou la remise en vitesse, l'ef- fort total de traction varie très peu et, en particulier, qu'il n'est jamais annule puisque le moteur il fonctionne constamment ¯en moteur et qu'à aucun moment le moteur 1 ne fonctionne en génératrice
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génératrice.
Four les opérations successives de la transition parallèle-série qui s'effectue pendant la récupération en réalisant très exactement les marnes opérations, mais dans l'ordre inverse, l'on voit que le moteur II fonctionne constam- ment en génératrice tandisque le moteur I he fonctionne jamais en moteur.
11 y a donc bien : pour le démarrage : permanence et faible variation de l'effort total de traction appliqué au véhicule et absence de fonctionnement en génératrice du moteur momentanément inutilisé. pour le freinage par récupération : permanence et faibles variations de l'effort total résistant appliqué au véhicule et absence de fonctionnement en moteur de la génératrice momentanément inutilisée. et pour l'ensemble des deux transitions : réduction au minimum des pertes rhéostatiques qui ne sont pas supérieures à. celles consenties pour la transition série-parallèle d'un équipement ordinaire à moteurs série.
On pourrait, bien entendu,utiliser au lieu de deux moteurs, tout nombre quelconque de moteurs, les transitions successives série-parallèle lors du démarrage et parallèle- série lors du freinage étant effectuées, comme dans le cas de deux moteurs, c'est-à-dire: - pour le démarrage : élimination de un ou plusieurs moteurs après réduction de la force contre électro-motrice par élimination de leur excitation shunt et mise en court- circuit sur une résistance appropriée.
- branchement sous la tension totale des moteurs éliminés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisine de celle de la tension en ligne, grâce à un ajustement préalable
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préalable de leur excitation shunt.
- pour le freinage par récupération : mise en court- circuit d'une ou de plusieurs génératrices sur des résistances appropriées après leur débranchement de la ligne d'alimenta- tion et suppression de leur force électro-motrice par élimina- tion de leur excitation shunt.
- disposition des génératrices éliminées en série avec les génératrices restées en circuit et rétablissement de leur force électro-motrice par mise en circuit de leur excitation shunt. les valeurs des excitations shunt et des résistances de tran- sition étant déterminées de manière à rendre très peu variables les efforts de traction au démarrage et les efforts résistants lors du freinage par récupération; le réglage des excitations shunt pouvant 'être réalisé par modification de la résistance du rhéostat et par shuntage des enroulements inducteurs shunt.
Fig. 10 représente un exemple de réalisation du système d'après l'invention applicable dans le cas d'une mo- trice comportant deux moteurs et un combinateur à dix positions de marche, dont cinq pour la marche avec moteurs compound en série et cinq pour la marche avec moteurs compound en parallè- le.
Les circuits représentas en trait fort correspondent au câblage de traction proprement dit et les circuits en trait fin au câblage de l'excitation shunt et de l'appareillage.
Les dispositions ci-dessus sont simplement indicatives et pourraient être complétées ou modifiées par tout autre dispositif approprié au système de traction.
A titre d'exemple, la réalisation figure pourrait être complétée par d'autres combinateurs disposés en parallèle
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parallèle avec le premier et permettant d'actionner les moteurs de différents postes de conduite.
D'autre part, le combinateur figure pourrait être complète par toutes dispositions permettant de réaliser le freinage rheostatique du véhicule pour les vitesses comprises entre la vitesse minima qui correspond à la fin de la récupération et l'arrêt complet.
En particulier, toutes les conditions de fonctionne- ment : démarrage, marche normale, freinage par récupération, freinage rhéostatique et freinage d'urgence par court-cir- cuit des moteurs, pourraient être assurées par la manoeuvre de la seule manivelle principale du combinateur.
Le démarrage et la marche normale correspondant au déplacement de la manivelle principale sur les cans dans le sens 0 - 10 de Fig. 10, le freinage par récupération serait assuré par retour de la manivelle sur les mmes crans dans le sens 10 - O.
La continuation du déplacement de la manivelle au- delà de la position 0 réaliserait : - sur un ou plusieurs crans, un freinage rhéostatique très puissant avec excitation shunt et série additionnelles, l'inversion de l'excitation série par rapport à l'induit étant réalisée par l'hélice principale du combinateur, - sur un cran terminal, un freinage 1 'urgence par mise en court-circuit des moteurs avec excitations shunt et série additionnelles comme précédemment; ce freinage d'urgence étant encore assuré à la manière des équipements ordinaires à moteurs série dans le cas où l'excitation shunt viendrait à être suppriméesoitpar rupture des circuits, soitpar drapement de la perche.
Ce mode de freinage puissant et agissant dans tous les
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les cas ne met en action qu'un seul organe de commande et assure ainsi une très grande sécurité.
De même, on pourrait réaliser le réglage de l'exci- tation série lors de la marche en série ou de la marche en parallèle par shuntage à des taux différents selon le sens de rotation, de la manivelle principale du combinateur, ainsi qu'il est indiqua dans une demande de brevet précédente en France en date du 26 Juin 1930, pour :"Frocédé et dispos!- tifs pour le réglage des moteurs électriques du fonctionnement à excitation compound et à récupération", afin de bénéficier des avantages suivante : - augmentation du couple au démarrage, - accroissement de la vitesse maxima de marche, - augmentation du taux de récupération.
L'invention concerne la traction électrique pour toutes applications et peut être étendue à certains équipe- ments existants moyennant quelques modifications pour les rendre conformes aux caractéristiques décrites ci-dessus.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Operating procedure for oompound motors with TrriAble coupling for recuperative electric traction,
This invention relates to a method of operating variable-coupled compound motors for electric traction with recovery.
The electric traction systems using compound motors with series-parallel coupling, known to date, can be placed in two very distinct categories: in a first category, systems in which the passage from grouping in series to grouping in parallel,
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parallel, or vice versa, is carried out without current, after opening of the traction circuits, in a second category, the systems in which the transition between the two groups is effected by the well-known bridge method.
The systems falling under the preparatory category obviously lead to significant discontinuities in the traction forces at start-up and in the resistance forces during regenerative braking.
In addition, the forced and momentary immobilization of the combiner in the position of the transiton for which the traction circuits are cut off causes the vehicle to slow down and a significant jerk when the circuits are reestablished.
The systems belonging to the second category lead to high losses in the resistances forming the bridge.
On the other hand, if the latter do not present equal values, a condition which, even assuming a perfect initial adjustment, can be difficult to maintain over time, one of the motors, or one of the groups of motors operates as a generator during starting, and as a motor during braking, which leads to significant variations in the traction force, or in the resistive force, applied to the vehicle,
This results in additional expenditure on energy and equipment maintenance as well as a reduction in passenger comfort,
The process according to the invention which overcomes these drawbacks consists of:
of a
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on the one hand, prur starting to eliminate a certain number of the motors (for example half in the case of even numbered motors) after reduction of their force against electro-motive, for example by elimination of their shunt excitation and short-circuiting to an appropriate resistor, then to be connected under full voltage, said motors eliminated after establishing between their terminals a voltage close to that of the line, for example by means of a prior adjustment of their shunt excitation.
on the other hand, for regenerative braking, to short-circuit the same number of generators on an appropriate resistance, after their disconnection from the supply line and removal of their electro-motive force, for example by elimination of their shunt excitation, then by placing the eliminated generators in series with the generators which have remained in circuit and to re-establish their electro-motive force, for example by switching on their shunt excitation, in order to continuously perform traction when starting and the resistance to regenerative braking,
prevent the operation as a generator of one or more motors during start-up as well as the operation as motors of one or more generators during regenerative braking, with the minimum of rheostatic losses.
The coupling modifications of the oompound motors during the series-parallel and parallel-series transitions are thus such as:
1) at no time is there any suppression, and a fortiori inversion, of the total tractive effort when starting and of the total resisting force during regenerative braking. 2)
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2) there is no inversion of the operating conditions of any one of the motors or groups of motors at any time.
3) the rhxostatic losses are reduced to a minimum.
In the appended drawing which shows an exemplary embodiment of the operating method according to the invention:
Figs. 1 to 9 show the various coupling modifications which are made according to the invention, in the case of equipment with two engines,
Fig. 1 representing the series coupling of the motors, and
Fig. 9 showing the parallel coupling, FIG. 10 schematically shows an example of equipment applicable in the case of a motor car comprising two motors and a combiner with ten operating positions.
In Fig. 1 are shown: in 1 the positive pole of the supply line, in 2, the starting resistance divided into two elements 21 and 22, in 31 and 32, the series field windings of motors 1 and 11, in 41 and 4 . the armature windings (including the commutation inductor windings) of motors 1 and II at 5 and 5.the shunt inductor windings of motors 1 and 11, at 6 the shunt excitation rheostat, at 7 the negative pole of the line power supply.
Starting from the series position of the two motors, the following successive operations are carried out: Fig. 2 - short-circuiting the shunt inductor winding 51 of motor 1, adjustment of the resistance used of the rheostat 6 to a suitable value and introduction into the circuit of the series 31 and 3 inductor windings and of the
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armatures 41 and 4 of resistance 21.
The resistance of the rheostat 6 should be such that the current passing through the shunt field winding 52 is increased.
In this way, the counter electro-motive force of motor II is increased at the very moment when the counter electro-motor force of motor 1 is reduced due to the sugression of its shunt excitation. As a result, the value of resistor 21 used to limit the flow of current in the circuit of the series inductor windings 3 1 and 3 and of the armatures 41 and 42 can be very low as well as the rheostatic losses which correspond to this value.
In addition, the variation in the total motor effort is very small since the additional effort provided by the motor It compensates for the reduction in the force of the motor 1.
Fig. 3 - switching off the shunt excitation 51 of motor 1, Fig. 4 - short-circuiting on resistor 22 of the series 31 inductor winding and of the armature 41 of motor 1.
This motor, due to the elimination of the shunt excitation 51, cannot operate as a generator.
Short-circuiting only causes slight changes in the operation of engine II, then ... the counter-electro-motor force of engine 1 was already very reduced.
These modifications are moreover such as the current in the series inductor 32 and the armature 42 of the motor.
It increases the additional force provided by the IV motor, compensates as previously (Fig. 2) for the elimination of the force of the motor 1.
The
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The variation of the total motor force is therefore very low.
Fig. 5 - disconnection of the series 3 inductor winding and of the armature 41 of motor 1.
Fig. 6 - switching on the shunt inductor winding 51 while leaving its ends short-circuited.
Fig. 7 - elimination of the short-circuit of the shunt inductor winding 51 with adjustment of the resistance used of the excitation rheostat 6 to a suitable value.
The purpose of this operation is to develop at the terminals of the armature of the motor 1 a voltage slightly lower than the voltage between poles 1 and 7 of the supply line, in order to limit the inflow of current and the variation of the traction force when paralleling the motors.
Fig. 8 - connection of the free end of the armature of motor 1 with pole 7 of the line and adjustment of the resistance used of the shunt excitation rheostat of the two motors to a suitable value. The adjustment of the shunt excitation of motor 1 can, as well as for the operation (Fig. 7) be carried out simultaneously by bypassing the winding 51 of motor 1 in the event that it would be desirable for the value of this excitation is different from that of the motor 11.
The two engines are, from this moment, in parallel.
The cost-circuiting of elements 21 and 22 of the starting resistor completes the cycle of operations (Fig. 9).
We see that for all the successive transition operations during starting or resetting, the total traction force varies very little and, in particular, that it is never canceled since the motor is running constantly ¯ as a motor and that at no time is motor 1 operating as a generator
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generator.
For the successive operations of the parallel-series transition which takes place during the recovery by carrying out the operations very exactly, but in the reverse order, we see that the engine II operates constantly as a generator while the engine I he never works as a motor.
There are therefore: for starting: permanent and small variation in the total tractive force applied to the vehicle and no operation as a generator of the motor which is temporarily unused. for regenerative braking: permanent and small variations in the total resistive force applied to the vehicle and absence of motor operation of the generator temporarily unused. and for the set of the two transitions: reduction to a minimum of the rheostatic losses which are not greater than. those granted for the series-parallel transition of ordinary equipment with series motors.
One could, of course, instead of two motors, be used any number of motors, the successive transitions series-parallel during starting and parallel-series during braking being carried out, as in the case of two motors, that is- ie: - for starting: elimination of one or more motors after reduction of the countermotor force by elimination of their shunt excitation and short-circuiting on an appropriate resistance.
- connection at full voltage of the motors removed after establishing between their terminals a voltage close to that of the line voltage, thanks to a prior adjustment
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prior to their shunt excitation.
- for regenerative braking: short-circuiting of one or more generators on appropriate resistors after their disconnection from the supply line and elimination of their electro-motive force by elimination of their shunt excitation .
- Arrangement of the generators eliminated in series with the generators which have remained in circuit and reestablishment of their electro-motive force by switching on their shunt excitation. the values of the shunt excitations and of the transition resistances being determined so as to make the traction forces at start-up and the resistance forces very little variable during regenerative braking; the adjustment of the shunt excitations can be achieved by modifying the resistance of the rheostat and by shunting the shunt inductor windings.
Fig. 10 represents an exemplary embodiment of the system according to the invention applicable in the case of a motor comprising two motors and a combiner with ten operating positions, five of which for operation with compound motors in series and five for operation. operation with compound motors in parallel.
The circuits represented in strong lines correspond to the traction wiring proper and the circuits in thin lines to the wiring of the shunt excitation and the switchgear.
The above provisions are merely indicative and could be supplemented or modified by any other device appropriate to the traction system.
By way of example, the figure embodiment could be completed by other combiners arranged in parallel.
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parallel with the first and allowing the motors of different driving positions to be activated.
On the other hand, the figure combiner could be completed by any arrangements allowing rheostatic braking of the vehicle to be carried out for the speeds between the minimum speed which corresponds to the end of the recovery and to a complete stop.
In particular, all the operating conditions: starting, normal operation, regenerative braking, rheostatic braking and emergency braking by short-circuiting the motors, could be ensured by operating only the main crank of the combiner.
Starting and normal operation corresponding to the movement of the main crank on the cans in direction 0 - 10 of Fig. 10, regenerative braking would be provided by returning the crank to the same notches in the 10 - O direction.
Continuing to move the crank beyond position 0 would achieve: - on one or more notches, very powerful rheostatic braking with additional shunt and series excitation, the series excitation inversion with respect to the armature being performed by the main propeller of the combiner, - on a terminal notch, emergency braking by short-circuiting the motors with additional shunt and series excitations as previously; this emergency braking still being ensured in the manner of ordinary equipment with series motors in the event that the shunt excitation should be removed either by breaking the circuits or by draping the pole.
This powerful braking mode, which acts in all
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the cases only activates a single control member and thus ensures very high safety.
Likewise, the series excitation could be adjusted during series operation or parallel operation by shunting at different rates depending on the direction of rotation, of the main crank of the combiner, as well as is indicated in a previous patent application in France dated June 26, 1930, for: "Process and devices for the adjustment of electric motors for operation with compound excitation and recovery", in order to benefit from the following advantages: - increase in starting torque, - increase in maximum operating speed, - increase in recovery rate.
The invention relates to electric traction for all applications and can be extended to certain existing equipment with a few modifications to make them conform to the characteristics described above.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.