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AUX GROUPES ELECTR#CANIQU.ES A VOLANT'
L'invention est relative aux systèmes électromécaniques lesquels il est fait usage d'un groupe avec un volant égalisateur. Un tel comprend une machine dynamo accouplée à un volant, la dynamo étant étudi telle sorte que le volant emmagasine ou restitue de l'énergie suivant que charge est au-dessous ou au-dessus d'une charge moyenne prédéterminée.
De pas à volant régulateur de ce type sont particulièrement utiles quand l'é: électrique est à fournir à des appareils à grande variation de charge, pa. exemple, à des trains de laminoirs, des treuils de mines ou analogues ou l'énergie à fournir doit égaliser la charge d'une sous-station électrique
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mentant un réseau de traction-
Suivent l'invention, dans un groupe volant égalisateur oùune charge est alimentée par une source à courant constant, la machine dynamo, mécaniquement accouplée au volant, est adaptée pour être connectée en série avec la charge et la source à courant constant et il'est prévu, sur cet dynano ou sur une excitatrice qui l'alimente, un Enroulement qui fournit une excitation en fonction de la charge,
ayant pour but d'amener l'excitation de la machine et l'importance et le sens du voltage engendré, à dépendre de la différence dont la charge diffère d'une valeur prédéterminée et du sens de cette différence* Ainsi, quand la charge est au-dessous de cette valeur, l'excitation de la dynamo, dénommée dynamo-volant est telle que le voltage produit à ses bornes, en opposition avec celui de la source à intensité constante, lui est inférieur et la dynamo-volant agit alors cornue moteur pour accélérer le volant et enmmagasiner de l'énergie, la puissance totale obtenue de la source à courant constant étant divisée entre la charge et la dynamo-volant* Quand la charge est au-dessus deé la valeur prédéterminée,
l'excitation de la dynamo-volant est telle qu'elle engendre un voltage à ses bornes qui est supérieur à celui aux bornes de la source à intensité constante et la dynamo-volant agit en génératrice, l'énergie nécessaire à cette marche étant fournie par le volant- La demande totale de puissance de la charge est alors répartie entre la source et la dynamo-volant* Comme on le voit, par cet arrangement, la charge sur le système d'alimentation peut être maintenue substantiellement constante quelle que soit la charge variable prise par les appareils qui constituent la charge et l'emmagasinage de l'énergie par le volant et le retour de cette énergie au système d'alimentation se fait entièrement de façon automatique par l'action continuelle des enroulements d'excitation de la machine,
aucun appareillage et aucun relais n'étant nécessaire- La "répanse" de ce système est rapide et souple et le couple produit par la dynamd-volant ne peut atteindre une valeur excessive puisqu'un tel couple est proportionnel au courant d'induit de la machine qui est constant et à l'excitation de la machine qui est limitée par la saturation magnétique et qui ne peut excéder une valeur donnée- De plus, par l'emploi d'une dynamo-volant selon l'invention, le volant est mécaniquement séparé de la ligne d'alimentation;
il n'y a donc pas de limite -excepté celle de la convenance de l'étude des machines- dans le choix de la vitesse
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inférieure jusqu'à laquelle le volant peut restituer son énergie* Une va du quart ou du tiars de la vitesse maxima peut, par exemple, être choisi la vitesse minima du volant de sorte que, pratiquement, toute son énergi nétique peut être utilisée pendant les pointes de charge.
Les dispositifs d'excitation de la machine peuvent compre deux enroulements de champ dont l'un, relié aux bornes de la charge prod une action génératrice et dont l'autre, alimenté par une source à voltag tant produit une action motrice- Ces enroulements sont disposés pour con balancer leurs effets pour une valeur donnée de la charge au-dessus et a' sous de laquelle levolant doit intervenir; de marne, des moyens sont pré' pour éviter une vitesse excessive ou trop basse du volant.
Tour que le volant assure l'absorption ou la restitution @ énergie constante dansdes conditions de charge données, indépendantes d vitesse, la machine volant peut avoir une excitation, non seulement varia avec la charge, mais également inversement proportionnelle à sa vitesse ( tion* Ainsi, elle peut âtre excitée par un enroulement connecté aux bori balais secondaires de la métadyne accouplée au volant.
Il est également prévu par l'invention des dispositifs sur tation pour rendre la machine insensible aux variations de charge entre d mites prédéterminées, en dehors desquelles elle intervient-, Ces dispositi peuvent comprendre un enroulement de champ connecté aux bornes de la chai un autre enroulement d'action opposée connecté aux bornes d'une excitatri excitée par un enroulement relié aux bornes de la charge, cette excitatri étant prévue pour être saturée quand la charge est en dehors des limites rées- En variante, deux excitatrices peuvent être employées, une saturée l'autre non saturée, et toutes deux excitées en fonction de la charge, el sont reliées en série avec un enroulement de champ de la dynamo-volant, 1 effets s'opposant.
L'invention prévoit encore l'emploi, dans un système alime par du courant alternatif, de dispositifs identiques à ceux.déjà décrits emploi d'un moteur d'induction disposé pour récupérer l'énergie de la faq crite plus loin-
Se référant aux planches annexées, on voit en Fig' 1, 3, 4,6, 7,8 et 13 divers dispositifs suivant l'invention,
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en Fig'2, 5,9, 10, 11, 12, 14 et 15, des diagrammes donnant leur mode opératoire, en Fig' 16,17 et 18 , des schémas de réalisation d'excitatrices qui peuvent être employées en accords avec l'invention* en Fig' 19, un* diagramme donnant le mode opératoire de 1'excitatrice Fige 18, & en Fig- 20, 21 et 22,
des schémas d'équipements électriques relatifs à des ma- chines suivant l'invention applicables dans les mines-
Fig.1, on voit en 1 des appareils figurant la charge sous intensité constante alimentés par une métadyne génératrice 2 avec une dynamo primaire 3; les balais secondaires 4 et 5 de la métadyne alimentant la charge 1 et, en série avec elle, une dynamo accouplée à un volant 7 par l'arbre 8.
La dynamo volant 6 est munie de dispositifs d'excitation comprenant deux enroulements de champ, soit, un enroulement 9 relié aux bornes de la charge 1 et disposé pour produire un effet générateur sur la dynamo-volant 6 et un enroulement 10 alimente sous tension constante et produisant un effet moteur sur la dynamo-volant; pour la valeur de la charge dite normale, les effets des enroulements 9 et 10 s'équilibrent absolument et la dynamo-volant est sans action ni effet. Si la charge augmente au-dessus de sa valeur normale, l'enroulement 9 devient prépondérant et un effet générateur est obtenu, la dynamo-volant agissant alors pour aider la métadyne génératrice 2.
Si, par contre, la charge tombe au-dessous de la normale, l'excitation de l'enroulement 9 diminue et l'enroulement 10 devient prépondérant, créant un couple moteur dans la dynamo-volant qui accélère la vitesse du volant.
Dans le diagramme fig.2, où les couples T sont en ordonnées et les vitesses N en abscisses, la ligne a réprésento le couple produit quand la charge est zéro et que l'effet moteur dû à l'enroulement 10 est à son maximum; la ligne d représente le couple produit quand la charge est accrue de cent pour cent par rapport à la charge normale; l'axe N s'applique à la charge normale, les effets moteurs étant figurés par des lignes au-dessus de cet axe, telles que b et las effets générateurs étant figurés par des lignes au-dessous de N, telles que c.
Quand l'alimentation des enroulements 9 et 10 est telle que la machine 6 n'est pas excitée, celle-ci continue, en négligeant les pertes , à
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tourner à la même vitesse, quelle que soit celle-ci, puisque le couple pre par la machine est alors zéro ; iln'y a donc pas de limitation de vitesse aux système électrique quand la charge est au-dessous de sa valeur normale que le couple demeure constant quelle que soit la vitesse. Tour une valeu la charge maintenue au-dessous de la normale, il est donc nécessaire de p des dispositifs de sécurité limitant la vitesse. A cet effet, le couple m peut être supprimé quand la vitesse ateint la limite admissible.
La Fig.; voit cette possibilité ; petite génératrice 11 à excitation critique accouplée avec la dynamo 6 par l'arbre 12 et son enroulement d'induit alir un troisième enroulement 13 de la dynamo-votant* La génératrice 11 est ét' de telle sorte que sa vitesse critique -c'est-à-dire celle au-dessous de la le voltage crée est faible et au-dessus de laquelle ce voltage croît s nement à sa valeur utile- est juste au-dessous de la vitesse maxima admis
La génératrice 11 est représentée excitée par un enrouleme série 14, mais pourrait l'être par un enroulement shunt. L'enroulement 1 sous l'effet de l'alimentation par la dynamo 11 produit un couple générat ou de freinage sur la dynamo 6.
Avec cette disposition, l'effet de l'enra 13 est normalement nul et ne se fait sentir qu'à l'approche de la vitesse mite quelle que soit l'excitation produite par les autres enroulements 9
Si une surcharge étaint maintenue longtemps, la vitesse dt irait en décroissant pour tomber à zéro et changer de sens ce qui ne saur âtre admis sans augmenter encore la surcharge de la métadyne. pour l'empê un relais électrique est prévu pour réduire à zéro les ampères-tours réel avant la chute de la vitesse du volant au-dessous d'une valeur admissibl relais peut, par exemple, avoir un circuit excité proportionnellement aux pères-tours résultants et un autre circuit excité proportionnelement au aux bornes de la dynamo-volant*
Afin de réduire l'importance des enroulements de champ su:
dernière elle peut avoir un enroulement ordinaire excité par une excitat: dont l'excitation est disposée suivant les arrangements précédemment déc: l'excitatrice étant choisie préférablement pour âtre saturée après, seul, la dynamo-volant* Afin d'obtenir une action rapide de l'excitatrice, une dyne excitatrice peut être utilisée suivant le principe objet du brevet @u nrovisoire 316*334 du 7 Septembre 1934
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La Fig-4 montre une variante de l'invention;
la dynamo-volant 6 est unemétadyne ayant ses balais primaires a, c en série avec la source à courant constant et la charge (l'une et l'autre non figurées) et ses balais secondaires b et d court circuités sur l'enroulement de champ 15 disposé pour produire, lors d'effets moteurs, un flux opposé à celui des autres enroulemmts 9 et 10 déjà définis. Avec cette disposition, quand la vitesse de la dynamo-éolant 6 augmente, son couple décroît.
Les caractéristiques de fonctionnement de cette disposition sont représentées fig-5 dans laquelle les couples T sont donnés en fonction des vitesses N La courbe b,b ,b,### correspond à la charge normale déterminée par la valeur des ampères-tours de l'enroulement 10;
la courbe a,a,a,... correspond à une valeur de la charge au-dessous de la valeur nonuale et les courbes c,c,c,## et d,d,d,### correspondent à des charges dessus de la valeur normale*
On voit par l'examen de ces courbes que pour des charges inférieures à la normale, le volant accélère sa itesse jusqu'à celle qui correspond à l'intersection de la courbe de charge correspondante avec l'axe des abscisses! toute tendance de la dynamo-valant à franchir cette vitesse se heurte à la production d'un fort couple de freinage-
De la même manière, lors de surcharges, le volant décroît de vitesse jusqu'à ce qu'une vitesse soit atteinte à laquelle la courbe telle que c,c,c, ou d,d,
d correspondant à cette surcharge coupe l'axe des abscisses, un fort couple moteur étant produit aux faibles vitesses de la machine.
Avec la disposition figure 4, la charge maxima peut être arrangée pour correspondre avec la courbe d,d,d qui coupe à 0 l'axe horizontal , pendant que la charge minima peut correspondre avec la charge e,e,e dont l'in- tersectian avec l'axe horizontal se fait à une vitesse qui ne peut excéder la vitesse maxima de sécurité du volant.
Dans la figure 6, la dynamo-volant est une métadyne dont les balais secondaires b et d sont reliés au circuit à courant constant et dont les balais primaires a et .± sont reliées à une dynamo 16 de type normal accouplée à la machine 6 et dont les Enroulements 9 et 10 sont similaires à ceux de mêmes références des figures 1 et 3.
La métadyne tend à maintenir le courant traversant son secondaire constant, la variation de celui-ci dépendant, directement, du voltage aux balais primaires et, inversement, de la vitesse de la métadyne*
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puisque le voltage appliqué est celui de la dynamo 16 dont la vitesse va avec celle de la métadyne, la valeur du courant secondaire est maintenue tante indépendamment de la vitesse de rotation de l'arbre 8 pour une exc donnée de la dynamo 16' A la charge normale, celle-ci n'est pas excitée métadyne ne produit aucun voltage- Lors d'une variation de charge, la m produit un voltage de façon à maintenir constante la charge de la source mentation,
mais ce voltage est indépendant de la vitesse de l'arbre 8 d' découle que la puissance de la dynamo-volant ne varie pas avec la vitess que pour une condition de charge donnée le volant agit quelle que soit 1 tesse-
Dans la Fig.6, la métadyne agit comme une mtadine transfo trice, l'énergie du circuit secondaire étant fournie par la dynamo 16- A: réduire les dimensions de l'excitatrice 16, la disposition Fig.7 peut et tée, dans laquelle la métadyne porte un enroulement de champ 17 traversé courant primaire de la métadyne et disposé pour produire dans la métadyne flux qui renforce celui dû au courant primaire circulant à travers l'indi tre les balais a et c.
Une telle disposition entraîna une réduction du c@ primaire de la métadyne et des dimensions de l'excitatrice 16, l'énergie produite dans le circuit secondaire par la restitution de l'énergie du v@ En variante, il peut être appliqué un quelconque des arrangements objets brevet N provisoire 317-819 du 14 Novembre 1934.
Au libu d'être placés @ génératrice 16, les enroulements de champ alimentés en fonction de la cha peuvent être placés sur la métadyne, comme indiqué Fig-81 on voit que l'e tation de la dynamo 16 est alors réalisée par un enroulement 17 alimenté valeur constante;
la métadyne porte un enroulement variateur secondaire 1 est excité en fonction du voltage aux bornes de la charge et qui correspc aux enroulements 9 des précédentes figures* Dans la disposition Fig-8, 1 stator 19 de la métadyne oppose une réluctance élevée au flux du circuit maire, par suite, le voltage demandé à la génératrice excitatrice 16 est cette réluctance causant une action génératrice dans le circuit secondai! la métadyne' Avec cette disposition, l'égalisation de la charge est obte comme avec les dispositions données aux figures 6 et 7, par le balancemen voltage de l'excitatrice et du voltage primaire de la métadyne à toutes 1 vitesses quand le oourant circulant entre les balais b et d est constant*
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courant, lors de variations de charge, de supporter une charge qui reste très voisine de la normale, les pointes en plus ou en moins de cette charge normale étant supportées par le volant- Ainsi, dans le diagramme figure 9, où. la charge figure en KW en fonction du temps t , on voit en a,a,a,###, la courbe de la charge des appareils alimentés et en b,b,b,,---, la (marge sensiblement constante, supportée par la source de courant* Le diagramme figure 10, donne, en correspondance avec le diagramme 9, la courbe des vitesses N en fonction encore du temps t.
Dans de nombreux cas, en pratique, il peut 'être désiré que la charge oscille entre deux limites données, toute pointe en dehors de ces limites n'étant pas admise- Le fonctionnement est alors celui représenté au diagramme figure 11, les variations de vitesse du volant étant représentées au diagramme figure 12.
Suivant une autre particularité de l'invention, des moyens sont prévus pour rendre la dynamo-volant insensible à la charge quand celle-ci se tient entre deux limites fixées; et, lorsque la charge se tient entre ces limites, la dynamo-volant peut être disposée pour avoir une vitesse intermédiaire entre les vitesses maxima et minima de sorte que le volant soit prêt à intervenir dans les deux sans* Pour satisfaire à la première condition, le système est disposé pour que l'excitation de la dynamo-volant due à la charge soit établie, en plus des enroulements d' excitation du courant de charge déjà décrit) par un enroulement supplémentaire qui est connecté aux balais d'une petite excitatrice dont 1'excitation varie suivant la charge.
Ces deux enroulements sont disposés pour opposer leur action de telle sorte qu'entre des limites prédéterminées de la charge, les effets de caus deux enroulements se compensent mais l'excitatrice est prévue pour être saturée au-delà de ces limites, ce qui donne alors la prédominance à l'enroulement traversé par le courant de charge* Afin de satisfaire à la deuxième condition, la dynamo-volant porte un enroulement qui tend à la faire tourner à une vitesse prédéterminée-
Un tel arrangement est montré figure 13 qui comprend celui de la figure 4 avec les perfectionnements ci-dessus mentionnés- La connexion à la source à courant constant se fait en 20, 21,
la charge 1 et la métadyne 6 étant en série avec la source- L'enroulement variateur 15 déjà décrit a tendance à faire tourner la métadyne à une vitesse prédéterminée* Un enroulement variateur à excitation constante 10, un autre enroulement variateur 9, alimenté en fonc-
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excitatrice 22 en bout d'artre de la métadyne,
sont également prévus* L'e tatrice 22 porte un enroulement d'excitation 23 en série avec l'enrouleme de charge 9 et un autre enroulement de champ 24 produisant une excitation substantiellement constante- Les enroulements 9 et 9a opposent leurs effe ainsi que le montre le diagramme figure 14 où les AT figurent en ordonnée l'intensité du courant d'excitation 1 des enroulements 23 et 9 figurent e abscisses- La ligne a représente les ampères-tours produits par l'enroule 9 par des courants de charge positive et négative pendant que la ligne b dique le voltage engendré par la machine 22, donc les ampères-tours créés l'enroulement 9a.
L'excitatrice peut être également disposée pour que, lorsque charge est entre les deux limites prescrites, l'excitation produite par 1 roulement 9a soit supérieure à celle produite par l'enroulement 9. Le cou produit sur le volant, lorsque la charge est entre les limites fixées, es lors de sens opposé à celui exigé par l'excès ou la manque de charge au-d ou au-dessous de la charge moyenne: le volant se trouve donc prêt à suppo une nouvelle pointe- Un tel fonctionnement est représenté figure 15.
Afin de réduire l'importance des enroulements de champ nécas sur la dynamo volant ou son excitatrice suivant le cas, ces machines sont nies d'un enroulement alimenté en fonction de la charge et connecté en sê avec deux excitatrices ayant chacune un enroulement de champ parcouru par charge, l'une étant saturée et l'autre comparativement peu saturée.
L'act de l'ensemble est alors similaire à celui précédemment décrit, et, dans 1 diagrammes figures 14 et 15, la ligne a,a,a,##, représente, sur la base d ampères-tours, le voltage produit par l'excitatrice non saturée et la lig b,b,b,###, le voltage produit par l'excitatrice saturée, la ligne c,c rep sentant le voltage résultant, donc les ampères-tours produits sur la dyna voilant par les deux excitatrices en série-
Ces deux excitatrices peuvent être combinées en une machine que, déjà décrite dans le brevet numéro provisoire du 4 Décembre (demande de brevet anglais 34.065), les figures 16, 17 et 18 se rapportant aux diverses formes de cette machine et le diagramme 19 au principe de son fonctionnement*
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de treuils de mines appliquant l'invention*
Figure 20,
la source à courant constant est une métadyne 45 en- traînée par le moteur 46 reliée au réseau triphasé qui entraîne également une génératrice auxiliaire 47 ayant un enroulement de champ shunt 48, cette génératrice produisant un voltage substantiellement constant- La dynamo-volant, dont l'induit est figuré en 49 est une dynamo ordinaire reliée au moteur de treuil 50- Ce moteur a un enroulement de champ 51 alimenté par un contrôleur potenticmétrique 52 relié aux barres omnibus- La dynamo-volant porte un enroulement de champ 55 relié au secondaire d'une petite métadyne excitatrice 56 entraînée par l'arbre 57 de la dynamo-volant et dont les balais primaires a et .± sont reliés aux balais d'une excitatrice 58 entraînée par le moteur 461 cette dernière porte deux enroulements de champ 59 et 60,
le premier étant relié aux bornes du moteur de treuil 50 et le deuxième étant connecté aux barres omnibus 63 et 54 du circuit de contrôle. Le flux résultant des enroulements 59 et 60 dépend de la charge et du sens de sa différence avec une valeur de la charge supposée normale* La dynamo-volant porte une dynamo à excitation critique 62 alimentant 1' enroulement de champ 63 de la machine 49 dont elle limite la vitesse maxima;
la dynamo-volant porte aussi un deuxième enroulement 64, sous la dépendance d'un relais contrôlant la vitesse de la dynamo-volant, enroulement qui est alimenté par les barres omnibus 53 et 54 pour produire un couple moteur sur la dynamo-volant quand sa vitesse tombe au- dessous d'une valeur limite prédéterminés. Dans l'exemple illustré, ce relais est actionné par une petite dynamo 65 montée sur l'arbre 57 et reliée aux bornes du relais 66 dont les contacts 67 sont normalement fermés établissant un contact avec l'enroulement 64; la dispositian est telle que lorsque la vitesse de l'arbre 57 s'élève au-dessus de la vitesse maxima fixée, la dynamo 65 fait fonctionner le relais 66 et ouvrir les contacts 67.
Le relais porte une autre paire de contacts 68, normalement ouverts, et qui commandent la connexion des balais primaires de la métadyne aux bornes de l'excitatrice 58 par les contacts 69 et la bobine 70* au démarrage, le circuit des balais primaires de la métadyne 45 peut être coupé au moyen de l'interrupteur 72 et le moteur 46 peut démarrer sans charge; le voltage de la génératrice 47 s'élève peu à peu à sa valeur normale et après ouverture des contacts 72, la métadyne fournit un courant
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constant qui alimente les induits des machines 49 et 50 lesquelles peuvi âtre courtcircuitées pendant l'opération de démarrage. pour démarrer la volant, un interrupteur 73 qui commande le circuit contrôlé par le rela :
67, 68 est fermé et l'enroulement de champ du moteur 64 est alimenté. Q@ la vitesse de l'arbre 57 atteint une valeur fixée, l'excitation du rela: devient suffisante pour ouvrir les contacts 67 et couper l'excitation de roulement 64, la bobine 70 est alors excitée et la métadyne excitatrice reliée à l'excitatrice 58 ce qui correspond à la marche normale* Si le n de treuil est sans charge, la dynamo-volant est excitée par la métadyne avec la pleine excitation dans le sans moteur et la charge du groupe mot générateur 46-45 est amenée à sa valeur normale pendant que le volant ex gasine de l'énergie-
Un couple de valeur définie est obtenu sur le moteur de tre pour une position donnée du potentiomètre 52,
la manoeuvre de celui-ci d la variation de couple nécessaire au fonctionnement correct du treuil, s accélération uniforme*
Dans certaines conditions, la moteur de treuil peut récupér de l'énergie qui est utilisée d'abord, à accroître la vitesse du volant jusqu'au maximum admissible; puis, qui est restituée au groupe moteur gé teur 45-46; si des conditions particulières ne peuvent rendre cette dern opération désirable, un frein d'absorption ou d'autres moyens peuvent êt utilisés pour absorber le surplus de l'énergie récupérée. La valeur norm de la charge à laquelle la système doit fonctionner est réglée par le rh tat 61.
La figure 21 donne une disposition modifée dans laquelle le rant constant est fourni par un redresseur à vapeur de mercure indiqué s tiquement en 74; un dispositif figuré en 75 permettant de maintenir cons, la courant continu; Le source auxiliaire à voltage constant est une géné trice 77 entraînée par le moteur 78; le fonctionnement du moteur de treu 51 de la dynamo-volant 49 et des dispositifs dtexcitation de ces deux ma étant similaire à celui des marnes organes de la figure 20; ainsi la dynar volant 49 entraîne une métadyne excitatrice 56 qui alimente un enroulemer les balais primaires de cette excitatrice étant reliés à l'excitatrice 51
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ceux de même référence de la figure 20.
La figure 21 tient compte d'une particularité de l'invention con- sistant à prévoir un moteur d'induction triphasé 81 entraîné par l'arbre de la dynamo-volant et permettant de renvoyer de l'énergie à la ligne d'alimen- tation triphasée lors de la récupération; ce moteur peut aussi âtre utilisé pour démarrer la dynamo-volant ou pour l'entraîner à une vitesse supérieure en cas de surcharge prolongée; la figure 21 prévoit à cette fin des dispositifs pour faire tourner le moteur à des vitesses variables; Ce moteur peut aussi être employé quand l'utilisation du moteur de treuil doit se faire sous charge réduite prolongée.