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Perfectionnements aux groupes moteurs électriques de commande.
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11P.,t"J"""'rJ'¯' .....
L'invention concerne un perfectionnement au dispo- sitif décrit dans la demande de brevet française du 24 Juin 1941 déposée par les demandeurs, pour assurer une répartition convenable des charges entre diverses machines électriques à courant continu.
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Suivant la caractéristique principale dudit brevet, chaque machine est munie, en plus de son enroulement normal d'excitation, de dams. enroulements en opposition, le premier étant influencé par la.lite machine et le secondétantfraction- né en autant de parties que le système comporte de machines à régler, moins une, tandis que chacune des parties est in- fluencée par chacune des autres machines conjuguées.
La présente invention vise des perfectionnements apportés au dispositif décrit audit brevet, dans son applica- tion à la commande par moteurs accouplés mécaniquement et susceptibles d'être couplés électriquement de différentes façons.
L'invention vise essentiellement un moyen commode de réaliser un fort couple au démarrage, puis la passage du couplage série au couplage parallèle (avec, dans le cas d'un groupe de quatre moteurs, passage intermédiaire par un coupla- ge série-parallèle), chaque couplage étant combiné avec une manoeuvre du rhéostat d'excitation des moteurs du groupe.
L'invention vise également à réaliser accessoirement une variation continue de la vitesse du groupe de;moteurs.
Suivant la présente invention, appliquée à un groupe de moteurs, les enroulements additifs etsoustractifs prévus audit brevet sont branchés de telle façon qu'ils soient tous additifs pendant la période de démarrage pour l'obtention d'un fort couple.
Dans une forme de réalisation particulière, on pla- ce l'enroulement série soustractif de compensation de chaque moteur entre deux résistances de démarrage branchées en série et la période de démarrage étant passée, on relie directement d'une part, l'entrée d'une de ces résistances à la sortie du
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dit enroulement et, d'autre part, la sortie de l'autre résis- tance à l'entrée dudit enroulement.
Lorsqu'il s'agit de moteurs à caractéristique shunt ou à excitation indépendante, devant être couplés successive- ment en série, en parallèle, ou même en série-parallèle s'il y en a au moins quatre, les enroulements additifs sont bran- chés de telle façon qu'ils soient hors circui,t, lorsque les moteurs sont couplés en série.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre et de l'exa- men du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple.
Sur ce dessin :
La figure 1 représente un schéma de montage compre- nant deux moteurs à excitation séparée montée conformément à l'invention.
La figure 3 est un schéma partiel du circuit de contrôle automatique c orre sp ondant .
La figure 3 enfin est un schéma de montage avec deux moteurs à caractéristiques compound, dont le contrôle est assuré à la main au. moyen d'un .contrôleur ou combinateur,
En se référant à la figure 1, A1 et B1 sont les induits de deux moteurs à excitation séparée dont les induc- teurs sont respectivement 3 A1 et 3 B1 ; les enrouements de compensation additifs 6a1 et 6b1 et les enroulements de com- pensation soustractifs 6b'1 et 6a'1. De part et d'autre de ces derniers enroulements sont disposées des résistances de démarrage lla, 12a, 11b, 12b. On voit que chacun des deux enroulements soustractifs est branché en série avec deux ré- sistances de démarrage.
Un interrupteur bipolaire 13a, 13b, permet de relier les entrées des résistances de démarrage 11a,
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11b respectivement aux sorties des enroulements continus
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.Sa' et 6b' Un. autre interrupteur bipolaire L4a, 1,12. per- met de relier les entrées de ces enroulements aux sorties
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des ures résistances 12.ê:, 12'o, ce qui revient à dire que l'interrupteur bipolaire l13a, l:12. est susceptible da mettre en parallèle sur les enroUL3LJ:Jnts -al, et 6b'i les deux résistances je démarrage lia et llbA De même, l'interrupteur bipolaire 1'1, lS:b9 permet la mise en parallèle, sur ces mêmes enroulements, des deux résistances de démarrage 12a et 12b.
Deux autres résistances de transition 15a et 15b sont placées respectivement en série avec les enroulements additifs 6a1 et 6b1. Elles peuvent être respectivement court-
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circuitées par un interrupteur bipolaire l6a, 16b et Lin autre interrupteur bipolaire 17' permet de le-s alimenter à partir du réseau 8-9 par l'intermédiaire d'un interrupteur général bipolaire 18'. Un interrupteur 19' permet de couper la liai- son des deux moteurs A1 et B1 couplés en série. Enfin, un rhéostat de champ 10 permet de faire varier le courant d'exci- tation des moteurs.
Le fonctionnement du dispositif ,lui vient d'être décritest le suivant :
On effectue toujours le démarrage de l'ensemble
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sous le couplage série, c' est-L.-,lire j-ic les deux interrup- teLlrs bipolaires 13¯a, 1.;.± et 1..:c.i2:, 1.1ol2. sont ouverts ainsi que l'interrupteur 17', tandis .1ue l'interrupteur 19' est fermé.
Le rhéostat 10 est dans la position de court-circuit pour que les deux moteurs soient sous plein champ. Jans ces conditions, les deux moteurs sont branchés en série entre eux et en série
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avec leurs enroulements sou.stractifs .60.11 et 5bll et leurs
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résistances de démarrage 11a, llb, 12a, 12b. Les enroulements additifs 6a1 et 6b1 sont hors circuit.
Il faut noter aussi que les enroulements soustrac- tifs sont branchés'de telle façon que pendant cette courte période de démarrage, ils agissent, en enroulements additifs.
On verra, dans ce qui va suivre, comment et à quel moment ils deviennent soustractifs, c'est-à-dire fonctionnent norma- lement comme dans ledit brevet précité.'Le but de ce fonction- nement on "additif" est l'obtention d'un fort couple au dé- marrage.
La phase suivante de démarrage consiste à fermer les interrupteurs 13a, 13b, ce qui a pour effet de shunter l'ensemble des bobinages Sa'1 et 6b'1 et des résistances 11a et 11b respectivement par les contacts 13a et 13b. Ensuite, on ferme les interrupteurs 14a, 14b, ce qui branche les se- condes résistances 12a, 12b en parallèle respectivement avec les premières et avec les bobinages 6a'1 et 6b'1. Comme on peut le voir sur le dessin, l'entrée et la¯sortie des enrou- lements 6a'1 et 6b'1, se trouvent inversées, puisque ceux-ci sont maintenant respectivement en parallèle avec des résis- tances dont la valeur est nettement supérieure à la valeur de leur propre résistance. Il en résulte que les enroulements de compensation appelés soustractifs dans la. description agissent bien comme tels maintenant.
Pour faire croître la vitesse de l'ensemble, on augmente la valeur de la résistance active du rhéostat 10.
Si la vitesse des moteurs sous plein champ était N, on irait avec ce couplage série jusqu'à la-vitesse 2 N. Le couplage série étant un couplage stable, il y a intérêt à compenser la chute de tension qui résulterait de la mise en service
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de ce montage, chute de tension d'autant plus sensible que les moteurs sont alimentes sous une fraction de la tension normale d'alimentation, par exemple la moitié (s'il y a deux moteurs couplés en série) ou le quart (s'il y en a quatre).
Dans ce but, après démarrage, les enroulements sous- tractifs restent seuls en circuit dans le couplage série, et la réduction de flux qui en résulte agit dans le sens de la
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neutralisation àe 1TeL:'et de la chute de tension sur la vites- se. Cette disposition est admissible, parce qu'elle n'est ap-
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pliquée vue sur une partie ùe la réduction ::Le champ utilisée pour faire varier la vitesse du moteur et cela. au voisinage du plein champ. On assure ainsi la stabilité de fonctionnement des moteurs, tout en favorisant la stabilité de leur vitesse en fonction de la charge.
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Pour continuer 1;. faire croîtra la vitecse, on ;)a.S28 au couplage parallèle en ramenant simultanément le rhéostat
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LÛ éx la position de court-circuit et en remettant on circuit les résistances =le démarrage 112, Il.±, 1;3, 12.± pour que les enroulements ô3.' et 6b Il soient de nouveau additifs.
Ce pas- sage au couplage parallèle se fait en deux temps : on ferme d'abord l'interrupteur bipolaire 17', l'ensemble fonctionne alors en pont à travers les résistances de transition lisa,
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L"5]2" suivant un montre connu, mais il convient 11 noter ici une particularité, c'est que les ei'lrOlll.:LICI1GS additifs j3.1 et 6b1, se trouvent maintenant dans le circuit, puis on ouvre
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l'interrupteur 19' ; la couplage parallèle est maintenant as- Su2.'t;. ¯:::111, la fermeture de l'interrupteur bipolaire L6a, 16b oourt-circuite les résistances de transition 13Q et 13]2,.
Puis en élimine de nouveau les résistances 11.9;. 2..12, 1:22:. L.>b en les court-circuitant par les enroulements respectiis .6b' et 6a'1qui redeviennent soustractifs.'Pour faire croître la
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vitesse, dans ce nouveau couplage en parallèle, il n'y a plus qu'à réduire le champ des moteurs en faisant croître la résis- tance du rhéostat 10, Dans ce couplage en parallèle, on peut ainsi faire passer la vitesse progressivement de 2 N à 8 N.
On obtient donc:une variation de N à 2 N dans le couplage série et une variante de 2 N à 8 N dans le couplage en parallèle. pour réduire la vitesse, on effectuerait les opéra- tions inverses dans l'ordre inverse.
Dans le cas où l'on voudrait faire fonctionner le dispositif directement à une vitesse qui correspond au cou- plage en parallèle, on le ferait démarrer, comme toujours, sur le couplage série, mais on a avantage à ne court-circui- ter les résistances de démarrage 11a, llb, 12a, 12b qu'après avoir effectué le couplage, de façon à conserver-des résis- tances dans le ci-rouit età adoucir ainsi les manoeuvres.
Les différents interrupteurs décrits dans ce qui précède peuvent être commandés à la main. Toutefois, il paraît préférable de prévoir une commande automatique qu'on a repré- sentée sur la figure 2, à titre d'exemple; cette figure montre un schéma de circuit de contrôle permettant de faire automa- tiquer.lent toutes les manoeuvres des contacts des interrupteurs .précités dans l'ordre convenable. Sur cette figure, on a re- présenté schématiquement les contacteurs 13, 14, 16,17, 18 et 19 qui commandent les contacts 13a, 13b, 14a, 14b, 16a, 16b,
17', 18' et 19' du schéma de la figure 1, ainsi qu'un contac- teur supplémentaire 20, un inverseur à commande manuelle 21 et deux boutons "marche" et "arrêt" désignés respectivement par 23m et 23a.
Le contacteur 18 comporte, en-dehors des con- tacts 18' de la figure 1, un contact 18" susceptible de shunter
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le contact 23m du bouton de marche et un contact 18''' placé en
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série avec le contacteur 13. Le contaoteur l3, en dehors de ses contacts 13a et 13b visibles sur la figure 1, présente un con- tact 13' place en série avec le contacteur 14, Le contacteur
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20 comporte un contact 2E' placé en série avec le contactaur 17, un contact 30" en série avec le contacteur 19 et un contact 20''' en série avec le contacteur 15. Ce dernier présente, en
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plus de ses contacts 16,
2 et 163 visibles sur la figure un contact ls 1 eD série avec le contacteur 1' eb un contact 15" en série #iN.ic le contact .00" et avec le contact.e'T 19. Le con- tacteur L7 comporte, plus de ses contacts 17' visibles sur la figure an contact 17" susceptible de snuntar l'ensemble 1#= oont-cts 20" et 15". !niin, le contacteur 19 comporte, en plus de son contact 19' visible sur la figure un contact 19'' susceptible de shunter le contact 20' et un contact 19''' place en sérieavecle contacteur 16 etavecle contact 20'''.
août ce circuit de contrôle peut être alimenté, par exemple, à par- tir du même secteur 8-9 que celui ,lui alimente l'ensemble des moteurs.
Le fonctionnement de ce circuit de contrôle est le suivant :
Four mettre le groupe en marche, on appuie sur le
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bouton 2'.>L, ee ui a pour effet d'alimenter le co '1 1±:tcL1r 18; les contacts 13" et 13"' se ferment. Lorsqu'on lâche le bouton .t.L. ,.,1..... ...
21/.z, la bobine du contacteur 13 continue a atre alimentée par l'intermédiaire du contact de maintien 18" et ùàu bouton d'arrêt 23a normalement fermé. La fermeturedu contact 18''' provoque l'alimentation de la bobine du contacteur 13 par l'intermédiaire
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de 1Tinverseur de couplage 21 placé dans la position du cou- plage'en série, c'est-à-dire celle qui a été représentée sur
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le dessin. L'excitation du contacteur 13 entraîne la fermeture des contacts 13a et 13b (figure 1) et, par suite, le shuntage de l'ensemble de la résistance lla et de l'enroulement soustrac- tif 6a'1, d'une part, et le shuntage de l'ensemble de la résis- tance llb et de l'enroulement soustractif 6b'1 d'autre part.
L'excitation du contacteur 13 entraîne également la fermeture du contact auxiliaire 13' qui assure à son tour l'alimentation du contacteur 14, ce-qui a pour effet de brancher les résistan- ces 12a et 12b respectivement en parallèle sur les bobinages 6a'1 et 6b'1, par l'intermédiaire des contacts 14a et 14b (figure 1). On a vu que ce montage permettait l'inversion du courant dans les enroulements 6a'1 et 6b'1. Le couplage série est maintenant réalisé et on peut faire varier la vitesse des moteurs dans le rapport de 1 à 2 (rapport choisi de préférence) au moyen du rhéostat de champ 10.
Il est à remarquer que le contacteur 19 est normale- ment alimenté dans le couplage série et que ses contacts auxi- liaires 19" et 19''' sorit ouverts. pour passer du couplage série au couplage parallèle, il faut ramener le rhéostat' 10 au plein champ et appuyer en même temps sur l'inverseur 21.
De ce fait, les contacteurs 13 et 14 s'ouvrent, remettant ainsi en série les résistances de démarrage 11a, 12a, d'une part, et 11b, 12±,d'autre part, respectivement avec les enroulements 6a'1 et 6b'1, ce qui a pour effet d'inverser le courant dans les.deux bobinages 6a'1 et 6b'1 qui redeviennent ainsi additifs, En même temps, la bobine du contacteur 20 se trouve alimentée, ce qui entraî- ne la fermeture du contact 20', l'ouverture du contact 20'' et la fermeture du contact 20'''.
La fermeture du contact 30' provoque l'alimentation du contact3ur bipolaire 17, ce qui assure le branchement du
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pont (figure 1J Le contact 17" s'ouvre, par suite le contao- teur 19 n'est plus alimenté et son contact 19' (±1ù.re 1) s'ouvre également, ce qui rompt la liaison série desdeux mo-
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teurs. ensuite, le contact 13"' se ferme, permettent l' alimen- tation de la bobine du contacteur 16, ce qui élimine les résis-
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tances de transition l5 et l5.
Les enroulements 6al et 6">j sont maintenant en cir- 'cuit, L'alimentation du contaeteL1r 16 ferme le contact 16', ce qui a pour effet d'alimenter la bobina du contacteur 13 permettant la mise en parallèle, par les contacts 13a et 13b,
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des résistances lla et llb sur les enroulenents 6'i et 6b'-,.
Par suite de la fermeture du contact l)' (figure 2), la bobine du contacteur 1.i se trouve alimentée, b::"él:1C)"l,,t également en parallèle las résistances 12a et l2j sur les en- roulements 6b11 et 6a'1 à l'aide des contacts 1->a et l.i.b.
Le couplage parallèle est alors assure et la stabi- lité des deux moteurs est ainsi réalisée par les en roulements
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de compensation Ga'l et 6b'1 dont le courant, à nouveau inversé, détermine un flux soL1strs..ctil, se compensant exactement avec le flux des enroulements additifs 6a1 et 6b1 lorsque l'équilibre est réalisé.
Une variante de vitesse dans le rapport de 1 peut être maintenant obtenue par la manoeuvre du rhéostat de champ 10. La variation totale de vitesse s'effectue donc dans le rapport de 1 à 8, étant entendu que le couplage série per- met une variation de 1 à 2 et le couplage en parallèle une variation de 2 à 8.
Inversement, lorsqu'on veut diminuer la vitesse, on commence par ramener le rhéostat de champ 10 dans sa position de résistance minimum, puis on repasse' au couplage série.
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On passe au couplage série en manoeuvrant l'inver- seur 21 et en plaçant le curseur du rhéostat 10 sur la posi- tion qui correspond à la même vitesse de moteur en couplage série.
Après la manoeuvre de l'inverseur 21, les bobines des contacteurs 13 et 14 continuent à être excitées etles contacts 13a, 13b, 14a, 14b restent fermés. La bobine du con- tacteur 20 se trouve en même temps mise hors circuit, ce qui assure l'ouverture du contact 20', la fermeture du contact 20'' et l'ouverture du contact 20'''. Seule, la bobine du contacteur 16 se trouve mise hors circuit pour permettre la réinsertion des résistances de transition 15a et 15b. Le contact 16't se ferme et permet l'alimentation du contacteur 19 qui, à l'aide de son contact principal 19' (figure 1) assure le passage dans la position intermédiaire de pont déjà citée et, à l'aide du contact auxiliaire 19", provoque la mise hors circuit des bo- bines du contacteur 17.
Le contact 17' (figure 1) s'ouvre, ce qui coupe le circuit du pont et provoque la mise hors circuit .des enroulements additifs 6a1 et 6b1. Lé couplage série est maintenant réalisé et l'on peut de nouveau réduire la vitesse par l'intermédiaire du rhéostat de champ 10.
A tout instant, on peut, au moyen du bouton d'arrêt 23a couper l'alimentation générale du moteur par l'interrupteur bipolaire 18' dont la bobine 18 n'est plus alors excitée, ce qui entraîne, en. outre, l'ouverture du contact 18''', et par conséquent la rupture d'excitation du contacteur 13 et la cou- pure du contact 13'. et par conséquent la rupture d'excitation du contacteur 14. '
Il est préférable de démarrer en couplage série, même si l'on veut utiliser une vitesse finale qui corresponde,
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au. couplais parallèle, et pour c31:::. on place l'inverseur .;
L sur la position du couplage série avant d'appuyer sur le bou- ton de marche ,)'" Néanmoins, si 1'on voulait atteindre très rapidement une vitesse correspondant au couplage ),'.1 c,.1,10, on pourrait appuyer sur le bougon 23m en laissant l'inverseur 21 sur la position de couplage en parallèle.
Dans ce cas,
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l'élimination des résistances de démarrage lla, 1112., 12. et 1Ë. et, 4p.:I:' suite, l'inversion du sens du courant dans les enroulements 3all et 5b' ne se réalisent qu'après l'alimenta- tion du contacteur 1G ,,,,ui, par son ooncact auxiliaire 1:; per- met l'alimentation des contacteurs 13 et le de court-circuit des résistances de démarrage.
Dans l'exemple qui procède, lesmoteurssont à carac-
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téristique shunt et.par conséquent leur vitesse est sensible- ment constante, quelle que soit la charge, ce genre d'installa- tion trouve donc tout naturellement son application dans la commande des machines-outils.
Au contraire, dans les appareils de levage ou pour la traction par exemple, on a besoin de i\,rts couples au dé- marrage et la constance de la vitesse a moins d'importance, c'est pourquoi on utilise, pour ce genre d'application, des moteurs compound ou des moteurs série dont la vitesse est fonction du couple demandé.
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Si l'on se réfère a la figure 3, on voit que l et Di sont les induits de deux moteurs 1# e==citation séparée dont les inducteurs sont respectivement 5 1"1 et 5 .1\:;. Les enroule- :lents c1e COrILJC.i7,.,..,'t O1: :"dclitiÎs 80n'c inc1il{Llés 17r !jl et t 6'D e'c les enroulements de compensation soL1strac i1;fls p z1' rSa'1 et 6b'1. Les enroulements additifs sent couplés de telle manière
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du'ils soient t'oujour.s prédominants par rapport enroule-
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ments soustractifs, de façon à conserver aux moteurs une carac- téristique compound. De part et d'autre des enroulements sous- tractifs 6b'1 et 6a'1 sont disposées des résistances de démar- rage 11a, llb, 12a, et 12b.
Les résistances 15a et 15b sont des résistances de transition ayant un point commun respective- ment avec les résistances de démarrage 11a et llb. Un combina- teur C permet d'effectuer, comme on le verra dans 1'.exposé du fonctionnement qui va suivre, tous les couplages nécessaires au démarrage et au passage du couplage série au couplage paral- lèle. Ce combinateur est constitué conformément aux indications du schéma (figure 3) et ses différentes positions sont indiquées schématiquement par des repères de position numérotés de 0 à 8.
Un rhéostat 10 permet de régler le courant d'excitation dans les inducteurs 3 A1 et 3 B1.
Le fonctionnement du dispositif,qui vient d'être décrit est le suivant : -
Les inducteurs 3 et 3 B1 sont alimentés par une source indépendante et,la valeur du courant d'excitation est réglée par le rhéostat 10. L'alimentation générale des induits des deux moteurs est assurée à partie d'une ligne de distri- bution 8-9 par l'intermédiaire du combinateur C. A l'arrêt, le combinateur est dans la position zéro. Le combinateur 0 permet de coupler les deux induits en série ou en parallèle (pout le couplage série, positions 1, 2, 3 - pour le couplage parallèle, positions 5, 6, 7, 8) la position 4 correspondant à une position de transition "montage en pont" permettant de passer du couplage parallèle au couplage série ou inversement, sans rupture de circuit.
Pour faire démarrer le groupe, on court-circuite d'abord le rhéostat 10. et on amène le combina- teur à la position ? 1.
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Position 1 - Les deux induits sont montés en série
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avec les quatre enroulements 6ai, 6bl' 6b'1 et 6ai( et avec les quatre résistances de c1éLo.r1'age lla, Il]2, 19a et l2b. C'est la première phase de démarrage. Les deux. enroulements 6a1 et 6b1 sont des enroulements additifs dans toutes les positions du
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combinateur nais, par contre, les enroulements 6a' et 6])'1 sont disposés de façon à être additifs pour cette première position
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du combinateur, dans le but de permettre un fort couple au dé- marrage.
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Po/sition 2 - On branche en parallèle les enroulements Gb'1 sur la résistance 11 et 6a'1 sur la résistance Lla. Le. démarrage se poursuit a une vitesse un peu plus grande. position 3 - Les résistances l2l? et llb sont bran- chées également en parallèle sur les enroulements 6b1l et 60.'1.
La résistanohe ohmique de ces enroulements étant plus faible que celle des résistance de démarrage, même branchées en paral- lèle, il s'ensuit que les enroulements 61J '1 et 6aTl se trouvent parcourus par un courant de sens inverse à celui qui les parcou- rait dans les positions 1 et 2. Ces enroulements créent un flux soustractif par rapport aux enroulements 6a1 et 6b1, eux-mêmes
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additifs par rapport aux enroulements shunt 3 A-, et 3 J1:3.
La position 3 correspond la fin du démarrage en couplage séri; et peut être une position permanente, tandis que les positions 1 et 2 ne sont ue des positions de passade. On peut alors faire varier la vitesse du moteur, de préférence dans le rapport de l à 2, par la manoeuvre du rhéostat de champ 10.
Si l'on veut faire tourner les moteurs à une vitesse supérieure, il faut alors passer au couplage en parallèle etpour cela déplacer le contrôleur sur la position suivante, après avoir, au préa- lable, ramenéle rhéostat à sa position de court-circuit..
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Position 4 - Cette position n'est qui une position de passage et permet la transition, comme il a été dit précédemment, qui sprmet de passer du couplage série 'au. couplage parallèle ou inversement sans rupture de circuit, les résistances de démarra- ge 11a, 11b, 12a, et 12b sont remises en service comme dans la position 1. Les enroulements 6'ni, et 6a'1 sont, de ce fait, ali- mentés de nouveau par un courant déterminant un flux additif.
De plus, par une deuxième alimentation, à partir de la ligne 8-9, on branche les résistances de transition 15a et 15b dans le circuit de façon à avoir en même temps une alimentation en couplage série à travers toutes les résistances de démarrage et une alimentation en couplage parallèle à travers les résistances de transition ci-dessus décrites.'Ce passage 1., cette position correspond au montage en pont déjà connu.
Position 5 - On élimine le couplage série.
Position 6 - On élimine les deux résistances de tran- sition 15a et 15b en les court-circuitant.
Les positions 7 et 3 sont analoues aux positions
2 et 5 dans le couplage en série, du fait qu'à l'aide de la position 7 on branche en parallèle les résistances 11b et lla respectivement sur les enroulements 6b'1 et 6a'1 et qu'à l'aide de la position 8 on branche également en parallèle les résistan- ces 12b et 12a sur les mêmes enroulements, inversant- . ainsi le sens du courant dans ces enroulements.
On dispose donc maintenant de deux moteurs dont les circuits d'induit comprennent chacun un enroulement additif et un enroulement soustractif. Cette position 8 peut être une posi- tion permanente de couplage on.parallèle dès-moteurs dont on peut faire varier les-vitesses, par exemple dans le rapport de 3 à 8 au moyen.du rhéostat de champ 10.
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On voit qu'avec ce montage, il est possible d'obtenir d'une façon continue une variation de vitesse des moteurs dans le rapport de 1 à 8, étant entendu, qu'une variation de vitesse dans le rapport de 1 à 2 s'obtient dans le couplage série et qu'une variation de vitesse dans le rapport de 2 à 8 s'obtient danslecouplage en parallèle.
On pourrait utiliser des dispositifs tout à fait analogues à ceux qui ont été décrits ci-dessus dans le cas où l'on aurait affaire avec un double bi-moteur, au lieu d'un sim@le bi-moteur, comme dans le cas procèdent. Il y aurait simplement à prévoir en plus un couplage supplémentaire, à savoir le couplage série-parallèle.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to electric motor control units.
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The invention relates to an improvement to the device described in the French patent application of June 24, 1941 filed by the applicants, to ensure a suitable distribution of the loads between various direct current electric machines.
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According to the main characteristic of said patent, each machine is provided, in addition to its normal excitation winding, with dams. windings in opposition, the first being influenced by the machine and the second being divided into as many parts as the system has machines to be adjusted, minus one, while each part is influenced by each of the other conjugate machines.
The present invention aims at improvements made to the device described in said patent, in its application to control by mechanically coupled motors and capable of being electrically coupled in different ways.
The invention is essentially aimed at a convenient means of achieving a high starting torque, then the passage from the series coupling to the parallel coupling (with, in the case of a group of four motors, intermediate passage through a series-parallel coupling). , each coupling being combined with an operation of the excitation rheostat of the motors of the group.
The invention also aims to achieve incidentally a continuous variation of the speed of the group of motors.
According to the present invention, applied to a group of motors, the additive and subtractive windings provided for in said patent are connected in such a way that they are all additive during the starting period in order to obtain a high torque.
In a particular embodiment, the subtractive series compensation winding of each motor is placed between two starting resistors connected in series and the starting period having passed, one directly connects the input of one of these resistors at the output of
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said winding and, on the other hand, the output of the other resistor at the input of said winding.
In the case of motors with a shunt characteristic or with independent excitation, which must be successively coupled in series, in parallel, or even in series-parallel if there are at least four, the additive windings are connected. chés so that they are out of circuit, t, when the motors are coupled in series.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows and from an examination of the appended drawing, given by way of example only.
On this drawing :
FIG. 1 shows an assembly diagram comprising two motors with separate excitation mounted in accordance with the invention.
FIG. 3 is a partial diagram of the c orre spondant automatic control circuit.
Finally, FIG. 3 is an assembly diagram with two motors with compound characteristics, the control of which is carried out by hand. by means of a .controller or combiner,
Referring to FIG. 1, A1 and B1 are the armatures of two motors with separate excitation, the inductors of which are respectively 3 A1 and 3 B1; the additive compensation windings 6a1 and 6b1 and the subtractive compensation windings 6b'1 and 6a'1. On either side of these latter windings are arranged starting resistors 11a, 12a, 11b, 12b. It can be seen that each of the two subtractive windings is connected in series with two starting resistors.
A bipolar switch 13a, 13b, makes it possible to connect the inputs of the starting resistors 11a,
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11b respectively at the outputs of the continuous windings
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.Sa 'and 6b' Another two-pole switch L4a, 1,12. connects the inputs of these windings to the outputs
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ures resistors 12.ê :, 12'o, which amounts to saying that the bipolar switch l13a, l: 12. is likely to put in parallel on the enroUL3LJ: Jnts -al, and 6b'i the two resistors I start up lia and llbA Similarly, the bipolar switch 1'1, lS: b9 allows paralleling, on these same windings , of the two starting resistors 12a and 12b.
Two other transition resistors 15a and 15b are placed respectively in series with the additive windings 6a1 and 6b1. They can be respectively short-
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circuited by a bipolar switch 16a, 16b and another bipolar switch 17 'allows them to be supplied from the network 8-9 via a general bipolar switch 18'. A switch 19 'makes it possible to cut the connection of the two motors A1 and B1 coupled in series. Finally, a field rheostat 10 makes it possible to vary the excitation current of the motors.
The operation of the device has just been described as follows:
We always start the whole
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under the serial coupling, that is-L .-, read j-ic the two bipolar interrupts 13¯a, 1.;. ± and 1 ..: c.i2 :, 1.1ol2. are open as well as the switch 17 ', while .1ue the switch 19' is closed.
The rheostat 10 is in the short-circuit position so that the two motors are under full field. Under these conditions, the two motors are connected in series with each other and in series
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with their abstract windings .60.11 and 5bll and their
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starting resistors 11a, 11b, 12a, 12b. The additive windings 6a1 and 6b1 are switched off.
It should also be noted that the subtractive windings are wired in such a way that during this short start-up period they act as additive windings.
It will be seen, in what follows, how and at what moment they become subtractive, that is to say function normally as in said aforementioned patent. The purpose of this "additive" operation is to: obtaining a strong starting torque.
The next starting phase consists in closing the switches 13a, 13b, which has the effect of shunting all of the windings Sa'1 and 6b'1 and of the resistors 11a and 11b respectively by the contacts 13a and 13b. Then, the switches 14a, 14b are closed, which connects the second resistors 12a, 12b in parallel respectively with the first and with the coils 6a'1 and 6b'1. As can be seen in the drawing, the input and output of windings 6a'1 and 6b'1 are reversed, since they are now respectively in parallel with resistors whose value is significantly greater than the value of their own resistance. As a result, the compensation windings called subtractive in the. description act as such now.
To increase the speed of the assembly, the value of the active resistance of the rheostat 10 is increased.
If the speed of the motors in full field were N, we would go with this series coupling up to the speed 2 N. The series coupling being a stable coupling, it is advantageous to compensate for the voltage drop which would result from the switching on. service
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of this assembly, voltage drop all the more noticeable when the motors are supplied at a fraction of the normal supply voltage, for example half (if there are two motors coupled in series) or quarter (s' there are four).
For this purpose, after starting, the subtractive windings alone remain in circuit in the series coupling, and the resulting reduction in flux acts in the direction of the
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neutralization at 1TeL: 'and of the voltage drop over the speed. This provision is admissible because it is not applicable.
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plique seen on a part of the reduction :: The field used to vary the speed of the motor and that. in the vicinity of the open field. This ensures the operating stability of the motors, while promoting the stability of their speed as a function of the load.
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To continue 1 ;. increase the speed, on;) a.S28 to the parallel coupling while simultaneously bringing the rheostat
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LÛ ex the short-circuit position and by resetting the resistors = start 112, Il. ±, 1; 3, 12. ± so that the windings ô3. ' and 6b There are further additives.
This changeover to parallel coupling takes place in two stages: the bipolar switch 17 'is first closed, the assembly then operates as a bridge through the transition resistors lisa,
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L "5] 2" according to a known watch, but it should be noted here a particularity, it is that the ei'lrOlll.: LICI1GS additives j3.1 and 6b1, are now in the circuit, then we open
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switch 19 '; the parallel coupling is now as- Su2.'t ;. ¯ ::: 111, closing the bipolar switch L6a, 16b short-circuits the transition resistors 13Q and 13] 2 ,.
Then again eliminates the resistors 11.9 ;. 2..12, 1:22 :. L.> b by short-circuiting them through the respective windings .6b 'and 6a'1 which again become subtractive.' To make the
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speed, in this new parallel coupling, all that remains is to reduce the field of the motors by increasing the resistance of the rheostat 10. In this parallel coupling, the speed can thus be gradually increased from 2 N to 8 N.
We therefore obtain: a variation from N to 2 N in the series coupling and a variation from 2 N to 8 N in the parallel coupling. to reduce the speed, the reverse operations would be carried out in the reverse order.
In the event that one wishes to operate the device directly at a speed which corresponds to the parallel coupling, one would start it, as always, on the series coupling, but it is to the advantage of not short-circuiting them. starting resistors 11a, 11b, 12a, 12b only after having effected the coupling, so as to maintain the resistances in the ring and thus to smooth the operations.
The various switches described in the above can be operated by hand. However, it seems preferable to provide an automatic control which has been shown in FIG. 2, by way of example; this figure shows a control circuit diagram making it possible to automate all the operations of the contacts of the above-mentioned switches in the appropriate order. In this figure, the contactors 13, 14, 16, 17, 18 and 19 have been shown schematically which control the contacts 13a, 13b, 14a, 14b, 16a, 16b,
17 ', 18' and 19 'of the diagram of FIG. 1, as well as an additional contactor 20, a manually operated change-over switch 21 and two "on" and "off" buttons designated respectively by 23m and 23a.
The contactor 18 comprises, apart from the contacts 18 ′ of FIG. 1, a contact 18 ″ capable of bypassing.
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the 23m contact of the start button and an 18 '' contact placed in
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series with contactor 13. Contactor 13, apart from its contacts 13a and 13b visible in FIG. 1, has a contact 13 'placed in series with contactor 14.
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20 comprises a contact 2E ′ placed in series with the contactaur 17, a contact 30 ″ in series with the contactor 19 and a contact 20 ″ in series with the contactor 15. The latter has, in
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more than 16 contacts,
2 and 163 visible in the figure a contact ls 1 eD series with the contactor 1 'eb a contact 15 "in series # iN.ic the contact .00" and with the contact.e'T 19. The contactor L7 comprises , plus its contacts 17 'visible in the figure a contact 17 "likely to snuntar the assembly 1 # = oont-cts 20" and 15 ".! niin, the contactor 19 comprises, in addition to its contact 19' visible on the figure a 19 '' contact capable of bypassing the 20 'contact and a 19' '' contact placed in series with the contactor 16 and with the 20 '' 'contact.
August this control circuit can be supplied, for example, from the same sector 8-9 as that supplied to all the motors.
The operation of this control circuit is as follows:
To turn on the group, press the
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button 2 '.> L, ee ui has the effect of supplying the co' 1 1 ±: tcL1r 18; contacts 13 "and 13" 'close. When you let go of the .t.L button. ,., 1 ..... ...
21 / .z, the contactor coil 13 continues to be energized through the 18 "holding contact and to the normally closed stop button 23a. Closing of the 18" contact causes the contactor coil to be energized. 13 via
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of the coupling reverser 21 placed in the position of the coupling in series, that is to say that which has been shown on
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the drawing. The energization of the contactor 13 causes the closing of the contacts 13a and 13b (figure 1) and, consequently, the shunting of the whole of the resistor 11a and of the subtractive winding 6a'1, on the one hand, and bypassing all of resistor IIb and subtractive winding 6b'1 on the other hand.
The energization of the contactor 13 also causes the closing of the auxiliary contact 13 'which in turn supplies power to the contactor 14, which has the effect of connecting the resistors 12a and 12b respectively in parallel on the windings 6a'. 1 and 6b'1, via contacts 14a and 14b (Figure 1). We have seen that this assembly allows the reversal of the current in the windings 6a'1 and 6b'1. Series coupling is now carried out and the speed of the motors can be varied in the ratio of 1 to 2 (preferably chosen ratio) by means of the field rheostat 10.
It should be noted that the contactor 19 is normally supplied in the series coupling and that its auxiliary contacts 19 "and 19" '' are opened. To change from the series coupling to the parallel coupling, the rheostat '10 must be brought back. full field and at the same time press the toggle switch 21.
As a result, the contactors 13 and 14 open, thus putting back in series the starting resistors 11a, 12a, on the one hand, and 11b, 12 ±, on the other hand, respectively with the windings 6a'1 and 6b '1, which has the effect of reversing the current in the two windings 6a'1 and 6b'1 which thus again become additive, At the same time, the coil of contactor 20 is supplied, which causes the closing of the 20 'contact, the opening of the 20' 'contact and the closing of the 20' '' contact.
Closing of contact 30 ′ causes power to bipolar contact 3 on 17, which ensures the connection of the
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bridge (figure 1J The contact 17 "opens, consequently the contactor 19 is no longer supplied and its contact 19 '(± 1ù.re 1) also opens, which breaks the serial link of the two modes.
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teurs. then, the contact 13 "'closes, allowing the supply of the coil of the contactor 16, which eliminates the resistance.
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transition tances l5 and l5.
The windings 6al and 6 "> j are now in circuit, The power supply of the contaeteL1r 16 closes the contact 16 ', which has the effect of supplying the coil of the contactor 13 allowing the setting in parallel, by the contacts 13a and 13b,
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resistors lla and llb on windings 6'i and 6b'- ,.
As a result of the closing of contact l) '(figure 2), the coil of contactor 1.i is supplied, b :: "el: 1C)" l ,, t also in parallel with resistors 12a and l2j on the - bearings 6b11 and 6a'1 using contacts 1-> a and lib
The parallel coupling is then ensured and the stability of the two motors is thus achieved by the bearings.
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compensation Ga'l and 6b'1 whose current, again reversed, determines a flux soL1strs..ctil, exactly compensating with the flux of the additive windings 6a1 and 6b1 when equilibrium is achieved.
A speed variant in the ratio of 1 can now be obtained by operating the field rheostat 10. The total speed variation is therefore carried out in the ratio of 1 to 8, it being understood that the series coupling allows a variation. from 1 to 2 and the coupling in parallel a variation from 2 to 8.
Conversely, when we want to reduce the speed, we start by returning the field rheostat 10 to its position of minimum resistance, then we go back to series coupling.
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One passes to the series coupling by operating the inverter 21 and by placing the cursor of the rheostat 10 on the position which corresponds to the same motor speed in series coupling.
After the operation of the inverter 21, the coils of the contactors 13 and 14 continue to be energized and the contacts 13a, 13b, 14a, 14b remain closed. The coil of the contactor 20 is at the same time switched off, which ensures the opening of the contact 20 ', the closing of the contact 20' 'and the opening of the contact 20' ''. Only the coil of contactor 16 is disconnected to allow reinsertion of transition resistors 15a and 15b. The contact 16't closes and allows the supply of the contactor 19 which, using its main contact 19 '(figure 1) ensures the passage into the intermediate position of the bridge already mentioned and, using the contact auxiliary 19 ", disables the coils of contactor 17.
The contact 17 '(figure 1) opens, which cuts the circuit of the bridge and causes the switching off of the additive windings 6a1 and 6b1. The series coupling is now carried out and the speed can be reduced again by means of the field rheostat 10.
At any time, it is possible, by means of the stop button 23a, to cut the general power supply to the motor by the bipolar switch 18 ', the coil 18 of which is then no longer energized, which results in. furthermore, the opening of the contact 18 "", and consequently the breaking of excitation of the contactor 13 and the breaking of the contact 13 '. and consequently the breaking of excitation of the contactor 14. '
It is preferable to start in series coupling, even if one wants to use a final speed which corresponds,
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at. parallel coupling, and for c31 :::. the inverter is placed;
L to the position of the series coupling before pressing the start button,) '"Nevertheless, if we wanted to very quickly reach a speed corresponding to the coupling),'. 1 c, .1,10, we could press on the grumbler 23m leaving the reverser 21 in the coupling position in parallel.
In that case,
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elimination of starting resistors 11a, 1112., 12. and 1Ë. and, 4p.:I: 'following, the reversal of the direction of the current in the windings 3all and 5b' only take place after the contactor 1G ,,,, ui has been supplied with its auxiliary ooncact 1: ; allows the contactors 13 to be supplied and the starting resistors to be short-circuited.
In the example below, the motors are
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shunt teristic and consequently their speed is substantially constant, whatever the load, this type of installation therefore naturally finds its application in the control of machine tools.
On the contrary, in lifting devices or for traction for example, one needs i \, rts starting torques and the constancy of the speed is less important, which is why one uses, for this kind application, compound motors or series motors whose speed depends on the requested torque.
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If we refer to figure 3, we see that l and Di are the armatures of two motors 1 # e == separate quotation whose inductors are respectively 5 1 "1 and 5 .1 \:;. : slow c1e COrILJC.i7,., .., 't O1:: "dclitiÎs 80n'c inc1il {Llés 17r! jl and t 6'D e'c compensation windings soL1strac i1; fls p z1' rSa'1 and 6b'1. The additive windings feel coupled in such a way
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because they are still predominant in relation to winding
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subtractive elements, so as to keep the engines a compound characteristic. On either side of the subtracting windings 6b'1 and 6a'1 are arranged starting resistors 11a, 11b, 12a, and 12b.
The resistors 15a and 15b are transition resistors having a common point with the start resistors 11a and 11b respectively. A combiner C makes it possible to perform, as will be seen in the description of the operation which follows, all the couplings necessary for starting up and for switching from series coupling to parallel coupling. This combiner is formed in accordance with the indications in the diagram (FIG. 3) and its various positions are indicated schematically by position marks numbered from 0 to 8.
A rheostat 10 makes it possible to adjust the excitation current in the inductors 3 A1 and 3 B1.
The operation of the device, which has just been described is as follows: -
Inductors 3 and 3 B1 are supplied by an independent source and, the value of the excitation current is regulated by the rheostat 10. The general supply of the armatures of the two motors is provided from a distribution line 8 -9 via combiner C. When stopped, the combiner is in the zero position. Combiner 0 is used to couple the two armatures in series or in parallel (for series coupling, positions 1, 2, 3 - for parallel coupling, positions 5, 6, 7, 8) position 4 corresponding to a transition position "bridge assembly" making it possible to switch from parallel coupling to series coupling or vice versa, without breaking the circuit.
To start the group, we first short-circuit rheostat 10. and bring the combiner to position? 1.
@
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Position 1 - The two armatures are connected in series
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with the four windings 6ai, 6bl '6b'1 and 6ai (and with the four c1éLo.r1'age resistors 11a, Il] 2, 19a and 12b. This is the first starting phase. The two. windings 6a1 and 6b1 are additive windings in all positions of the
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but, on the other hand, the windings 6a 'and 6])' 1 are arranged so as to be additive for this first position
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of the combiner, with the aim of allowing a strong starting torque.
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Po / sition 2 - The windings Gb'1 are connected in parallel on resistor 11 and 6a'1 on resistor Lla. The. start-up continues at a slightly higher speed. position 3 - The resistors l2l? and 11b are also connected in parallel on the windings 6b1l and 60.'1.
The ohmic resistance of these windings being lower than that of the starting resistors, even connected in parallel, it follows that the windings 61J '1 and 6aTl are traversed by a current in the opposite direction to that which runs through them. rait in positions 1 and 2. These windings create a subtractive flux with respect to the windings 6a1 and 6b1, themselves
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additives compared to shunt windings 3 A-, and 3 J1: 3.
Position 3 corresponds to the end of the start in serial coupling; and may be a permanent position, while positions 1 and 2 are only passing positions. The speed of the motor can then be varied, preferably in the ratio of 1 to 2, by the operation of the field rheostat 10.
If you want to run the motors at a higher speed, you must then switch to parallel coupling and for that move the controller to the next position, after having previously returned the rheostat to its short-circuit position. .
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Position 4 - This position is just a passing position and allows the transition, as it was said previously, which sprmet to pass from the series coupling 'to. parallel coupling or vice versa without breaking the circuit, the starting resistors 11a, 11b, 12a, and 12b are put back into service as in position 1. The windings 6'ni, and 6a'1 are, therefore, ali - mented again by a current determining an additive flow.
In addition, by a second power supply, from line 8-9, the transition resistors 15a and 15b are connected in the circuit so as to have at the same time a supply in series coupling through all the starting resistors and a power supply in parallel coupling through the transition resistors described above. This passage 1., this position corresponds to the already known bridge assembly.
Position 5 - The series coupling is eliminated.
Position 6 - The two transition resistors 15a and 15b are eliminated by short-circuiting them.
Positions 7 and 3 are equal to positions
2 and 5 in the series coupling, due to the fact that using position 7 the resistors 11b and 11a are connected in parallel respectively to the windings 6b'1 and 6a'1 and that using the position 8, the resistors 12b and 12a are also connected in parallel on the same windings, inverting-. thus the direction of the current in these windings.
There are therefore now two motors, the armature circuits of which each comprise an additive winding and a subtractive winding. This position 8 can be a permanent position of on.parallel coupling of the motors, the speeds of which can be varied, for example in the ratio of 3 to 8 by means of the field rheostat 10.
@
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It can be seen that with this assembly, it is possible to obtain continuously a variation in the speed of the motors in the ratio from 1 to 8, it being understood that a variation in speed in the ratio from 1 to 2 s 'obtains in the series coupling and that a speed variation in the ratio of 2 to 8 is obtained in the parallel coupling.
It would be possible to use devices quite similar to those which have been described above in the case where we are dealing with a double twin engine, instead of a single twin engine, as in the case proceed. There would simply be an additional additional coupling, namely the series-parallel coupling.
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