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" Perfeotionnements aux machines dynamo-électriques à oou- rant continu. "
La présente invention est relative à des perfeotionnements aux machines dynamo-électriques à oourant oontinu, telles que des génératrices , des moteurs et des transformateurs,du type où les balais de commutation, en cas de commutation incorrecte sont exposés à des impulsions de voltage ou de courant prenant naissanoe entre des éléments du balai ou des balais.
Le but de l'invention est de fournir des méthodes et des moyens pour la régulation, au oolleoteur, du voltage de oomnu- tation, de façon à éviter toute production nuisible d'étincelles.
Dans les machines du type oi-dessus rappelé, des forces électro-motrices alternatives sont induites dans les enroulements connectés aux commutateurs de la machine. La commutation de oes forces éleotromotrioes doit se produire au moment ou
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pendant l'intervalle de temps où les enroulements sont au potentiel zéro, ou en d'autres termes, quand le voltage induit résultant ou la foroe électromotrice résultante est zéro.
Cependant une communication commutation oorreote ou une inversion du courant ou du voltage dans les enroulements est un résultat dont la réalisation présente de très grandes diffioultés, plus particulièrement avec des machines à très forte charge ou bien quand oes machines fonotionnent ou fonctionnent en outre à haute tension, les difficultés rencontrées pouvant dans certains cas, déterminer des pertes oonsidérables,et mettre en danger tout l'ensemble de l'installation.
Il est, par suite, de la plus haute importance de pouvoir réduire, dans toute la mesure possible, les tensions nuisibles de oonmutation, c'est-à-dire une distorsion du voltage qui oorrespond à une oomnutation parfaite, ou bien alors il oonvient de maintenir le dit voltage dans des limites admissibles.
En vue d'améliorer la connu talion, il a été déjà proposé de subdiviser les balais du commutateur en deux ou plusieurs éléments, et de disposer, entre lesdits éléments,des résistanoes d'un type connu, tellesque des condensateurs, des résistanoes de self-induction, ou des résistanoes ohmiques.ou bien encore une combinaison de semblables éléments. Il a d'autre part été également proposé d'établir les balais de façon à constituer une résistanoe au sein du balai lui-même, en sorte que ce dernier au lieu d'être divisé en deux éléments séparés, comme il vient d'être indiqué, puisse être établi sous la forme d'une unité oompaote, oependant que l'on conserve une résistance entre ses différents éléments.
Toutefois une impulsion du courant ou de la tension se trouvera développée avec une oommutation incorrecte, ertre les éléments du balai, ohaque fois que l'intervalle entre deux segments du oolleoteur passe devant le balai, ou plus exactement
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chaque fois qu/un segment de contact, ou une lame du oolleoteur quitte la partie antérieure du balai à résistance, après commutation du bobinage oonneoté au segment ou à la lame en question.
Conformément à la présente invention, de semblables impulsions sont utilisées, avant qu'elles n'atteignent des valeurs nuisibles, pour influencer ou régler des dispositifsqui affectent le voltage de oomnutation. Lesdits dispositifs qui pourront être d'un type connu quelconque, pourront, par exemple consister en des pôles de commutation ou en des dynamos spéciales de oonmutation, d'aimantation ou d'excitation, et seront ci-après désignées par le terme " dynamos de commutation".
Les impulsions peuvent tout d'abord être transmises à un ou plusieurs dispositifs auxiliaires connectés aux éléments de balai, par exemple à des dispositifs de variation ou de ocnversion, tels que des transformateurs ou des valves éleotriques, des cristaux, des valves sèches, des redresseurs à oxyde de ouivre, des lampes à oathode chauffée, des tubes électroniques ou autres analogues; oes impulsions pourront enoore être transmises à un ou plusieurs relais électriques, lesquels, à leur tour, règleront des dynamos de connu talion ci-dessus mentionnées. Dans le cas où l'on emploiera des relais , ceux-ci pourront par exemple, oomporter des tubes à trois éleotrodes,alimentés par exemple par du courant oontinu; ou bien ces relais pourront être électro-magnétiques ou de tout autre système.
Conformément toujours à l'invention, on pourra combiner entre eux deux ou plusieurs semblables dispositifs auxiliaires.
L'invention sera déorite oi-après en détail, référence éta faite aux schémas représentés à titre d'exemples sur les figure 1 à 4 du dessin annexé.
Dass la figure 1,2 et 3 désignent deux segments ou 1 anes d'un collecteur rotatif, entre lesquelles se trouve connectée en
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permanence, une bobine 6. La dite bobine qui est mise en série aveo une bobine ? d'une dynamo oomnutatrice 8, peut être tout enroulement dans lequel du courant alternatif est induit. Ladite connexion permanente entre les bobines et les segments, peut être réalisée, par exemple, par l'intermédiaire de bagues de frottement 4 et 5, elles-mêmes connectées auxdites lames 2 et 3.
Cette dynamo 8, est pourvue de deux enroulements d'aimanta- tion ou d'excitation 9 et 10, disposés de manière à se compen- ser l'un l'autre. Dans le cas d'une oomnutation incorrecte, l'une de ces bobines ou l'une et l'autre est, ou sont, aonfor- mément à l'invention, alimentées par du courant continu, en quantité oonvenable pour équilibrer ou oompenser les irrégularités de oomnutation.
Du courant continu est fourni aux oomnutateurs par l'intermédiaire des oonduoteurs 11 et 12, dont le premier est oonneoté à un balai 13, tandis que le seoond est relié à un balai diamétralement opposé 14. ce balai 14 est pourvu d'un balai auxiliaire 15 , auquel il est oonneoté par l'intennédiai-
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re d'un oondensateur l6det d'une résistanoe ohmique 17, agissa4t- oomne un potentiomètre.
18 et 18' désignent deux transformateurs, dont les enroulements primaires 19 et 19' respectivement sont oonneotés en parallèle à des points de dérivation du potentiomètr17.
Dans les circuits primaires des transformateurs, se trouvent également connectées, deux valves électriques 20 et 20' agissant en sens opposés et qui permettent au courant de s'écouler uniquement ou à peu près uniquement dans la direction indiquée par des flèches sur la figure . Ces valves, peuvent, oomne il a été dit ci-dessus, consister en des cristaux,des redresseurs à oxyde de ouivre, des lampes ou tubes à oathode chauffée, ou autres analogues.
Les enroulements secondaires 21 et 21' des transformateurs sont, à une de leurs extrémités, connectés, par l'intermédiaire de valves analogues 22 et 22' aux grilles 23 et
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23' de deux lampes à trois électrodes 24 et 24' qui agissent comme des relais. Les cathodes 25 et 25' de oes relais sont connectées par l'intermédiaire de batteries 26 et 26' , aux autres extrémités desdites bobines 21 et 21'. Les relais 24 et 24' seront, de préférence, du type bien connu, par exemple, dans la radioteohnique. Les batteries de grille 26 et 26' oommuniquent, à la façon oonnue, aux grilles des relais, une tension négative, laquelle, en cas de commuta- tion correcte, empêche le courant de passer à travers les lampes pour se rendre des anodes aux oathodes.
Les relais sont, dans le but oonnu, pourvus de condensateurs 27 et 27' et de bobines de dispersion de grille 28 et 28', lesquel- les sont connectées en parallèle, entre les cathodes et les grilles.
Les cathodes 25 et 25' des relais sent connectées au pôle négatif, 29, d'une soume de oourant oontinu. Le pôle positif 30 de cette souree est connecté aux enroulements 9 et 10 de la dynamo de commutation et aux anodes 23a et 23a' des relais 24 ou 24'. Cette source de courant continu, avec ses bornes 29 et 30 , peut un être constituée par une génératrice entraînée par exemple, par le même arbre que le commutateur 2 et 3, on peut consister en tout autre source de courant continu. Les enroulements 9 et 10 de la dynamo de commutation sont alimentés, en cas de oomnutation incorrecte, par du oourant émanant de ladite source 29,30 et qui passe à travers l'un ou l'autre des relais 24 et 24'.
Afin d'égaliser les courants amenés aux enroulements 9 et 10 respectivement, deux condensateurs 31 et 31' sont dis- posés comme le montre le dessin. Il y a lieu de faire obser- ver cependant que, dans certains cas, les valves 22 et 22' de la figure 1, pourrant are supprimées.
Le fonctionnement du dispositif sera décrit ci-après.
6 l'enroulement/destiné à être commuté étant, pour plus de
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simplicité, qualifié de " surcommuté " quand le courant, qui s'y produit après la commutation, est de plus grande valeur que le courant continu dans les conducteurs 11 -et 12, et- il sera dit " sous-oomnuté " quand le courant, dans ledit enroulement, sera inférieur audit courant oontinu. Avec cette " sur ou sous-commation " , entre les éléments de balais, les impulsions de tension et de oourant qui prennent naissanoe comme il a été dit ci-dessus, seront, évidemment, en cas de " sur-oonmutation " dirigées dans le sens opposé de celui qu'elles suivaient pendant une"sous-commutation " .
Le résultat en est que, respectivement aveo une " sous-commutation " ou xxx une " sur-commutation " , les valves 20 et 20' ne permettront aux impulsions d'atteindre, que l'un des enroulements primaires 19 et 19' des transfomateurs 18 et 18'.
On supposera , maintenant, que la maohine marche aveo " sous-oomnutation Comne oela a été décrit ci-dessus, il en résulte de nombreuses impulsions naissant entre les éléments de balais et qui donnent lieu à un courant continu pul satoi- re, lequel pourra, par)exemple, passer à travers la valve 20, pour se rendre à l'enroulement primaire 19 du transformateur 18. Ce courant oontinu pulsatoire induira une tension alternative, dans l'enroulement seoondai re XX 21 dudit transforma- teur.
La valve 22 qui à certaines oourbures de la foroe élec- tro-motrioe induite dans l'enroulement sera utile, mais qui, dans d'autres cas, est inutile, ne permet le passage que dans un certain sens d'éooulement du courant induit dans ledit enroulement, xx o'est-à-dire le sens convenable pour réagir oontre le courant de la batterie de grille, ce qui diminue la tension négative de la grille, de manière à fournir à la grille, un potentiel positif, relativement à la oathode 25. Le oondensateur 27 est disposé de manière à égaliser les tensions entre la oathode et la grille, égalisation qui, dans certains oiroonstanoes , est désirable.
En raison du changement du potentiel de.grille, du oou- @
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rant de la source de courant continu 29, 30, passera alors, à travers le relais 24, vers l'enroulement d'aimantation 9, en augmentant ainsi les ampères-tours des enroulements d'aimantation de la dynamo de commutation et en déterminant par là une augmentation de voltage de cette dynamo. Cette augmentation de tension correspond à l'insuffisancede voltage dans l'enroulement 6, qui a indireotement détermine cet accroissement , et équilibre oette insuffisance, en tendant ainsi à maintenir la commutation dans des conditions norma,les.
En cas de sur-commutation, un prooessus analogue entrera définitivement en jeu dans les circuits primaire et seoondaire du transformateur 18' et dans le relais 24' ainsi que dans l'enroulement d'aimantation 10, dont le flux magnétique est égal, mais de sens opposé au flux magnétique qui était engendré dans l'enroulement 9. De ceci, il résulte que l'exoitation et le voltage de la dynamo de commutation 8 se trouveront réduits, ce qui donnera lieu à une réduction de la tension de commutation, et par conséquent, dans le présent cas, on obtiendra également une amélioration de la commutation.
Au lieu d'utiliser les variations dans les enroulements 9 et 10 pour influencer direotement l'aimantation de la dynamo de commutation, aissi que oela a été décrit avec référence à la figure 1, on peut disposer l'installation pouobtenir cet effet indirectement. Ceci est représenté à titre d'exem- ple sur la figure 2. Dans oette figure il a été employé les mêmes chiffres de référence que dans la figure 1, pour les organes oorrespondants, Les enroulements 9 et 10 sont disposés ainsi, en vue de faire varier l'aimantation d'une dynamo 35, laquelle, par exemple, pourra être entraînée séparément.
Le courant produit dans l'enroulement d'induit 36 de ladite dynamo, courant qui, tant en valeur qu'en direction, varie en harmonie aveo les variations et directions du oourant dans les enroulements 9 et 10, est employé comme courant d'aimantation,
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pour la dynamo de oonmutation 8, le courant étant oonduit à travers l'enroulement d'aimantation 37 de oette dernière dy- namo. De la sorte, il est clair, sans qu'il soit besoin de plus amples explications, qu'il est possible d'amplifier à tout degré voulu, par de semblables moyens, l'effet des im- pulsions déterminant la régulation de la dynamo de commuta- tion.
La figure 3 montre un autre exemple d'un dispositif pour la réalisation de l'invention, et dans lequel les im- pulsions naissant entre les éléments des balais de commuta- teur, sont considérablement amplifiées par l'intermédiaire de relais interoonneotés. Comme relais, on prendra, de pré- férence, des lampes ou tubes à oathode chauffée, du type bien connu, employés dans la radio teohnique; on pourra, oependant , se servir de tous autres relais appropriés, Les relais peuvent, pour le but poursuivi, être connectés en paral- lèle, ou en série, ou bien être reliés entre eux en oasoade.
Aux éléments du dispositif de la figure 3, qui oorres- pondent à ceux des figures 1 et 2, il a été donné les mêmes ohiffres de référence, Si l'on oompare le schéma de la figure 3 à celui de la figure 1, on voit qu'au lieu des valves 20 et 20', on trouve ioi des tubes-redresseurs 40 et 40' tubes ou lampes dont les anodes 41 et 41' sont connectées au poten- tiomètre 17, l'anode 41' étant connectée à un point de déri- vation 42 dudit potentiomètre. Les oathodes 43 et 43' desdits tubes ou lampes sont connectées aux cathodes 25 et 25' des relais 24 et 24', ainsi qu'au pôle négatif 29 d'une source extérieure de oourant continu. Les grilles 23 et 23' des re- lais 24 et 24' sont connectées aux anodes 41 et 41' respeo- tivement, des lampes 40' et 40.
Des résistances de dispersion de grille 28 et 28' et des oondensateurs 27 et 27' sont dispo- a. sés dans le même but, et de la même façon que cela été déorit et représenté en relation avec les exemples précédents.
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Les anodes 23a et 23a' des relais 24 et 24' sont toutefois, dans le dispositif représenté sur la figure 3, connectées par l'intermédiaire de résistances ohmiques 44 et 44', aux oathodes 45 et 45' de relais 46 et 46'. Lesdites anodes 23a et 23a' sont en outre, connectées directement aux grilles 47 et 47' desdits relais 46 et 46' . lescathodes 45 et 45' de ces deux relais sont direotement connectées à un point de dérivation 48 d'un potentiomètre 4, disposé entre les pôles 29 et 30 de la source extérieure de courant continu. Les anodes 50 et 50' de oes relais sont connectées aux enroulements d'aimantation respectifs 9 et 10 de la dynamo de commutation 8.
Le fonotionnement du dispositif représenté sur la fjgure 3 est le suivant :
En cas de commutation normale, a'est-à-dire de commutation correcte, il ne se produit aucune impulsion positive oubien négative, entre les éléments de balais 14 et 15, et,par conséquent, aucun courant ne passera dans l'une ou l'autre des lampes 40 ou 40'. Il suit de là, que les grilles 23 et 23' des relais 24 et 24', en raison des résistances 28 et 28' reliant lesdites grilles aux oathodes, recevront le même potentiel que les oathodes. Du courant passera par conséquent à travers oes deux relais, a'est-à-dire à travers les circuits 30, 48, 44 et 44' et à travers les relais 24 et 24', pour retourner au pôle 29 de la source extérieure de courant.
La valeur du courant qui, dans ces conditions, passe à travers les dits circuits, est réglée une fois pour toutes, de manière que la chute de potentiel dans les résistances 44 et 40' soit d'une valeur telle que l'on obtienne une tension négative suffisante sur les grilles 47 et 47' des relais 46 et 46' pour empêcher tout juste (et pas davantage) tout oourant de s'éoouler à travers ces relais et les enroulements 9 et 10. @Il voit par là, que pour les conditions données l'aimantation de la dynamo de commutation et par suite la tension de commutation
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demeureront oonstantes.
Si l'on suppose main tenant qu'il se produit une sous-oom - mutation, le courant pulsatoire qui passe dans larésistance
17 et qui s'éooule dans le sens de la flèche, communiquera alors à la grille 23' un potentiel ou un voltage moyen; qui sera négatif par rapport à la oathode 25'. Il en résulte une ' réduction dans certains cas jusqu'à zéro - du oourant venant de la source Extérieure et passant par la résistance 44' et le relais 24'. Comme cependant le potentiel négatif de la grille 23' varie périodiquement, le courant passant à travers le relais 24' et la résistance 44' variera, ou bien présentera simplement des pulsations correspondantes.
Du fait de la ré- duotion du courant qui s'éooule à travers la lampe 24, la ohu- te de potentiel dans la résistance 44' et par oonséquent,la déviation négative de la grille 47' dans le relais 46' diminue- ra également , aveo le résultat que le courant passant dans le circuit 30, l'enroulement 10, le relais 46' et le point de dérivation 48, pour se rendre au pôle 29, augmentera. Ceoi influenoe d'une façon analogue à oelle décrite aveo référence au dispositif de la figure 1, l'aimantation ou l'excitation de la dynamo de commutation 8, et équilibre ou oompense ainsi l'ir- régularité de oommutation.
Quand le prooessus ci-dessus décrit se produit, aucun oourant ne peut en aucune manière s'écouler à travers le valve
40, en raison du potentiel négatif dans l'anode 41, par rapport à la oathode 43, et par suite, durant cette période, un cou- rant d'intensité normale s'éooulera à travers larésistance 44 et le relais 24, en sorte que, aveo un réglage approprié, aucun courant ne passera à travers le relais 46, du fait de la ohute élevée de potentiel dans la résistance 44. Il résulte à l'évi- denoe de oe qui précède, que, durant la période de temps oi- dessus, auoun.oourant ne s'éooulera à travers l'enroulement 9 de la dynamo de commutation.
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Si, au contraire, il se produit une sous-commutation, le courant , dans la résistance 17, s'éooulera dans une direotion inverse de celle indiquée par la flèche, et par suite, la grille du relais 24 éprouvera une variation négative,et l'éooulement de courant à travers la résistance 44 diminuera avec ce résultat que le courant provenant de la source extérieure s'écoulera à travers l'enroulement 9 vers le relais 46, pour revenir à ladite source, en influençant par là, l'aimantation de la dynamo de commutation dans une direotion et une mesure convenables pour oompenser la sous-commutation.
La façon de mettre en oeuvre l'invention pourra, bien entendu, être variée à maints égards sans que l'on sorte de ce fait du cadre de l'invention. C'est, ainsi,par exempleque les transformateurs 18 et 18' décrits plus haut et représentés sur la figure 1, pourront, s'ils sont oonvenablement reliés aux 4 autres éléments, être utilisés également en combinaison avec la forme de réalisation représentée sur la figu- re 3. Il va de soi, qu'au lieu desampes 40 et 40' représentées sur la figure 3 l'on pourra employer des valves-soupapes éleotriques d'un type quelconque, par exemple du type mentionné relativement à la description des valves 20 et 21, figure 1.
Pour l'interconnexion desrelais 24 et 46 ou 24' et 46' respectivement, dans la figure 3, on pourra employer des transformateurs aux lieu et place des résistances 44 et 44'. Dans ce cas toutefois, les connexioss devront être quelque peu modifiées, comme oela est indiqué sur la figure 4,1aquelle représente l'un des deux éléments qu'il y aurà lieu de ohanger. Les enroulements 9 60 et 61 d'un transformateur 62 sont connectés, à l'une de leurs extrémités, 'à la oathode 45 du relais 46, Entre la grille 47 du relais 46 et l'autre extrémité de l'enroulement secondaire 61 du transformateur l'on insère une batterie 63 dont le pôle positif est oonneoté à l'enroulement 61 et le pôle négatif à la grille 47 . L'autre
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extrémité de l'enroulement primaire 60 est connectée à l'anode 23a.
Ce dispositif modifié fonctionne comme suit :
Un courant pulsatoire continu passant à travers l'enroulement primaire 60 du transformateur 62 induit, dans l'enroulement secondaire 61 dudit transformateur, des forces éleotro-motrioe alternatives de potentiel plus élevé que oelle du courant oontinu pulsatoire. La foroe électro-motrice alternative se superpose au potentiel de la batterie, en réduisant ainsi périodiquement la tension négative de la grille 47. Il s'en suit que la tension négative effeotive diminue également comme le courant qui passe à travers le relais augmente et qu'un processus analogue à celui décrit ci-dessus se produit.
Il y a lieu de noter qu'aveo les dispositifs décrits aveo référence aux schémas oorrespondants, il est prévu des sources de oourant qui fournissent aux oathodes le courant d'alimentation (courant de filament néoessaire). Ces moyens qui sont bien connus en eux-mêmes, n'ont pas été représentés sur les schémas, afin d'éviter toute complication inutile.
Il est également évident qu'en vue d'obtenir une plus grande intensité de courant dans les enroulements 9 et 10, on pourra au lieu de n'employer que deux relais 46 et 46', en utiliser une pluralité montés en parallèle. Cecihbien entendu s'applique également au dispositif représenté sur la figure 1. Il est également inpossible de prévoir une pluralité de relais interconnectée en substitution des relais 24 et 24' du premier étage, en vue d'obtenir des variations de tension plus élevées aux grilles du dernier étage de relais46 et 46'. Dans certains cas il peut aussi être reoommandable en vue de la séourité de oonneoter en parallèle deux ou plusieurs des relais du premier et du seoond étage et les tubes redresseurs, afin d'éviter toute interruption en cas de détérioration de l'un queloonque des relais.
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La connexion du dispositif avec les éléments de balais 14 et 15 pourra également être modifiée. Sous certaines oonditios, les transformateurs 18 et 18' et les valves 20 et 20' (fig. 1 et 2) ou les tubes 40 et 40' (fig. 3) pourront être connectés direotement aux bornes du oondensateur 16, auquel cas la résistance 17 pourra être supprimée. Dans d'autres cas, le condensateur 16 pourra être éliminé. Dans des installations à voltage élevé, l'isolation de haute tension sera de préférenoe disposée dans les transformateurs18 et 18'.
La résistance 17 pourra /ou bien être purement ohmique ou en même temps inductive. Dans ce dernier cas, la rési stance augmente avec la fréquence des impulsions qui la traversent, ce qui pourra être avantageux, à ce point de vue qu'un potentiel plus élevé entre les éléments de balais est admissible avec des fréquences plus élevées qu'avec de basses fréquenoes, sans qu'il se produise des étincelles. Une augnentation analogue dans la résistance , aveo des vitessespériphériques plus élevées du oolleoteur, peuvent être obtenues en insérant des résistances inductives dans les circuits primaires ou secondaires des transformateurs (18, 18' fig. 1 et 2) ou bien en rendant la résistance 17 réglable suivant ladite vitesse.
Outre la résistanoe ci-dessus visée, des résistances ohmiques ou inductives pourront être avantageusement interoalées en des points appropriés du dispositif, en vue d'empêcher, dans ce dernier, toute oscillation électrique.
Les impulsions naissant entre le s éléments de balais pourront âussi être directement ou indirectement utilisées pour le fonctionnement d'autres espèoes de dispositifs tels par exemple que des dispositifs pour exécuter des opérations de mise en circuit et hors circuit, en vue d'améliorer la commutation, ou pour la mise en circuit ou hors circuit de résistanoes ohmiques de condensateurs, ou de résistances inductives ou autres analogues.
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La dynamo de commutation 8 pourra être exoitée soit uniquement au moyen d'enroulements exoitateurs connectes aux relais conformément à l'invention, ou bien par de senblables enroulements en combinaison aveo d'autres enroulements oonneotés à des lignes d'amenée, ou bien encore il peut même être parfois avantageux d'employer des enroulements exoitateurs reliés à la source d'alimentation ,pour la dynamo de oommutation, pour la mise en route de la maohine et de ne déoonneoter oes enroulements que progressivement aux vitesses plus élevées, et de permettre au oourant réglé par le relais d'assurer 1 excitation.
Autrement, il peut parfois arriver qu'aux faibles vitesses il ne passe à travers les relais que des oourants périodiques, ce qui, toutefois, peut en partie, être empêché par l'emploi de oondensateurs de dimensions oonvena- bles et faisant partie du dispositif.
Si l'on applique l'invention à des transformateurs de courant oontinu, on pourra évidemment employer des dynamos de commutation séparées pour le côté primaire et le côté seoondaire de la maohine. Des transformateurs de courant oontinu du type en combinaison aveo lesquels l'invention pourra avantageusement être employée se trouvent décrits dans les
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p-j+brevets n 662.800 du 23 octobre 1928; 6g.59 du 2 mai 1930 et 708.511 du 22 décembre 1930.
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