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La, présente invention concerne les générateurs électri- ques à basse fréquence et se rapporte aux générateurs servant produire une tension alternative à basse fréquence variable, c'est- à-dire de l'ordre de 10, périodes par seconde ou moins, ou une fré- quence pouvant être maintenue à toute valeur constante voulue.
Entre autres, l'invention est importante pour les appa- reils de commande de positions dans lesquels un moteur du type à arrêts commandés est alimenté de courant alternatif à basse fré- quence variable.
Il est connu de faire produire une tension d'amplitude variable par un régulateur d'induction dont le rotor, à excitation par du courant alternatif, tourne par rapport à un ou plusieurs en-
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roulements de stator de Manière à induire dans ces enroulements de stator des tensions alternatives d'amplitude fonction du déplace- ment angulaire du rotor relativement à l'enroulelent de stator.
Il est connu aussi de produire une tension alternative à fréquence variable à l'aide d'appareils rotatifs à collecteurs.
La présente invention a pour but de produire une tension alternative à basse fréquence variable, à l'aide d'un appareil ro- buste, n'exigeant ni collecteurs, ni dispositifs analogues.
Suivant la présente invention, un générateur de tension alternative à basse fréquence comprend un régulateur d'induction avec un rotor alimenté par une tension alternative monophasée, un stator à un ou plusieurs enroulements ou phases et un moyen pour faire tour- ner le rotor à une vitesse voulue, un transformateur associé à cha- cun des enroulements de stator, dont l'enroulement primaire est re- lié à l'enroulement de stator, deux redresseurs polarisés, connectés à deux points de polarités opposées de l'enroulement secondaire de chacun des transformateurs et polarisés chacun à l'aide d'une ten- sion alternative de la même fréquence et de la mené phase que celle appliquée au rotor du régulateur n'induction,
et un circuit de char- ge ayant le même nombre de phases que l'enroulement de stator et connecté à la sortie de chacun des redresseurs polarisés, de façon que chaque phase du circuit de charge reçoive une tension continue variable correspondant, à tout moment, en amplitude et en polarité, à la'position angulaire instantanée du rotor du régulateur d'induc- tion relativement à l'enroulement de stator associé.
Le stator peut se composer d'un enroule'fient nonophasé ou d'un enroulement polyphasé, et dans ce dernier cas, chaque phase doit être reliée, par un ou des redresseurs correspondants, au cir- cuit de charge ou à des circuits de charge séparés, par exemple, les phases respectives d'un circuit de charge polyphasé.
Une application importante de 7.'invention réside dans les appareils de commande de position et, aans ce cas, le stator du géné- rateur doit comprendre un enroulement de stator polyphasé qui alimen-
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te les phases respectives d'un moteur polyphasé à arrêts commandés, cette expression désignant un moteur dont la position angulaire/suit celle du rotor du générateur (ou dont le déplacement angulaire est un multiple ou un sous-multiple du déplacement angulaire du rotor du générateur).
Un moteur de ce genre peut se composer, par exemple, d'un enroulement de stator polyphasé et d'un rotor à aimant permanent., ou bien il peut consister en un moteur du type à répulsion.
L'expression "redresseur en pont polarisé" utilisée ci- après, désigne un montage en pont de redresseurs avec une tension de polarisation alternative appliquée à une paire de bornes oppo- sées et une tension commandée, habituellement une tension alterna- tive, appliquée à la seconde paire 'de bornes opposées, l'arrange- ment étant tel que, pendant une demi-période de la tension de.la polarisation, le pont soit conducteur dans les deux sens pour la tension commandée tandis que, pendant l'autre demi-période de la tension de la polarisation, le pont soit non conducteur pour la ten- sion commandée, à condition que la tension commandée ne dépasse pas l'amplitude de la tension de polarisation.
L'invention est décrite ci-après avec référence aux des- sins annexés dans lesquels :
La figure 1 est un schéma de circuit montrant le fonction- nement d'un redresseur polarisé.
Les figures 2 et 3 sont des graphiques donnant la rela- tion entre la tension et le courant du circuit de la figure 1, res- pectivement pour une demi-période positive et une demi-période néga- tive de la tension de polarisation.
La figure 4 est un schéma de circuit d'un générateur à bas se fréquence variable utilisant, en combinaison, des redresseurs polarisés et un régulateur d'induction.
Les figures 5 et 5a sont des graphiques donnant des for- mes d'onde de la tension et du courant.
La forme d'exécution représentée fait usage du principe du
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redresseur polarisé, basé sur le fait que, si une tension de polari- sation est appliquée à un redresseur dans le sens passant, le re- dresseur laisse passer une tension alternative superposée dans les deux sens, à condition que l'amplitude de la tension alternative ne dépasse pas celle de la tension de polarisation. Ceci est dû à ce que, pendant les demi-périodes où le courant alternatif circule dans le sens passant, il s'ajoute simplement au courant de polarisation, tandis que, durant les autres demi-périodes où le courant alternatif circule en sens inverse, il se soustrait simplement du courant de .polarisation sans provoquer aucune inversion de courant.
Si, au contraire, la tension de polarisation est appli- quée au redresseur dans le sens inverse, une tension alternative superposée est bloquée dans les deux sens, à moins que son amplitu- de ne dépasse celle de la tension de la polarisation. Il s'ensuit que, si une tension de polarisation alternative est appliquée, le redrèsseur est conducteur une demi-période sur deux et non conduc- teur durant les autres demi-périodes, à moins que la tension su- perposée ne dépasse la tension de polarisation.
Sur la figure 1, quatre redresseurs A, B, C, D sont mon tés en pont, une tension alternative de polarisation VB est appli- quée, en série avec une résistance BB' entre les points de jonc- tion P et R, tandis qu'une tension alternative à commander S est connectée, en série avec la charge, entre les autres points de jonction Q et S.
Le circuit fonctionne de la manière suivante. Durant les demi-périodes de la tension de polarisation où la borne gauche de VB est positive, un courant de polarisation IB traverse le cir- cuit en pont, de P en R, suivant deux chemins parallèles, l'un pas- sant par les redresseurs A et B et l'autre chemin passant par les redresseurs C et D. Durant les autres demi-périodes de la tension de polarisation, où la borne droite de FB est positive, une ten- sion de polarisation inverse est appliquée à tous les redresseurs.
La figure 2 donne le courant commandé IS en fonction de
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la tension VS Durant les demi-périodes positives de VB' c'est-à- dire quand laborne gauche de VB est positive et que le courant IB circule dans le sens de la flèche, le courant IS tend à traverser le pont entre Q et S. On peut constater qu'en partant du pointzéro, si la tension VS augmente positivement, IS augmente régulièrement et le courant tend à circuler en sens inverse entre A et D, mais il ne faut pas oublier que ces redresseurs laissent passer un courant de polarisation de sens passant d'une valeur 1/2 IB' de sorte que IS réduit simplement ce courant.
Le courant IS continue à monter ,jusqu'à atteindre la valeur du courant de polarisation IB (en fait cela se produit quand le courant traversant les redresseurs vaut un 1/2 IS = 1/2 IB). Quand ae niveau est atteint, le courant traver- sant les redresseurs A et D est réduit à zéro, mais il ne peut pas s'inverser à cause de la polarité des redresseurs. Toute aug- mentation de IS au-delà de ce niveau est donc déviée par le circuit extérieur comprenant la source de polarisation VB et la résistance de polarisation RB, le circuit se fermant par les redresseurs B et C. Des conditions correspondantes se produisent pour des valeurs négatives de VS' c'est-à-dire quand IS circule en sens opposé de la flèche.
Dans ce cas, Ig traverse les redresseurs C et B en sens opposé jusqu'à atteindre la valeur IB' moment auquel toute augmen- tation supplémentaire est déviée par RB.
Jusqu'ici, il a été supposé que VB est positive. La figu- re 3 représente les conditions de fonctionnement dans le cas où la tension de polarisation VB est négative, c'est-à-dire quand la bor- 'ne positive de VB est positive, une tension inverse étant donc ap- pliquée à tous les redresseurs. Il s'ensuit que, lorsque VS augmen- te dans, le sens positif à partir du point zéro, du courant circule jusqu'à ce que VS atteigne une valeur numérique égale à VB. IS tra- verse le pont en suivant le chemin passant par le redresseur B, la source VB' la résistance de polarisation RB et le redresseur C.
IS augmente alors en concordance avec VS' la pente de la caractéristi- que dépendant de la charge extérieure'et de la valeur de RB' Un
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effetsemblable est produit pour des valeurs négatives de VS' quand IS passe par les redresseurs A et D.
La figure 4 représente un générateur à basse fréquence, la référence 1 désignant une alimentation alternative monophasée appliquée au rotor 2 d'un générateur à courant alternatif ACG du type régulateur d'induction, ce rotor pouvant tourner relativement à un enroulement de stator fixe 3. Ce dernier est relié à l'enrou- lement primaire 4 d'un transformateur comprenant un enroulement se- condaire à prise médiane dont les deux moitiés portent les référen- ,ces respectives 5 et 6. L'extrémité de l'enroulement 5 est reliée à un redresseur en pont polarisé 7 et celle de 6 à un redresseur en pont polarisé 8. Les sorties des ponts redresseurs polarisés sont connectées aux bornes d'un circuit de charge commun 9.
La source de tension d'alimentation 1 est aussi reliée aux bornes de l'enrou- le-,,lent primaire 14 d'un deuxième transformateur à enroulements se- condaires 12 et 13, l'enroulement 12 étant mis aux bornes du pont 7 par l'intermédiaire d'une résistance 10, et l'enroulement 13 aux bornes du pont 8 par l'intermédiaire d'une résistance 11. Les ten- sions produites par les enroulements 12 et 13 sont les tensions de polarisation VB et les tensions produites par les enroulements 5 et 6 sont dénommées respectivement VS1 et VS2. Les ponts redresseurs sont agencés de façon que, durant les demi-périodes positives de V, le pont 7 soit conducteur pour IS1 et le pont 8 non conducteur pour IS2' tandis que, durant les demi-périodes négatives de VB' le pont 8 soit conducteur pour IS2 et le pont 7 non conducteur pour IS1.
Les , connexions sont établies de façon que les courants de sor- tie I7 et I8 circulent, dans le circuit de charge 9, dans la même direction.
A la figure 5, la forme d'onde A représente une période de la tension de polarisation VB' tandis que la forme d'onde B re- présente le passage du courant I7' dans le sens positif, pendant la première demi-période de VB et le passagedu courant I8 du re- dresseur 8, dans le sens positif, durant la deuxième demi-période
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de VB. Ces conditions sont valables pour une rotation de 1800 du rotor 3. Quand le rotor 3 est amené au-delà de ce demi-tour, les tensions induites VS1 et VS2 s'inversent de sorte que, -'durant la première demi-période de VB' le pont 7 étant conducteur, le cou- rant I7 circule dans le sens négatif, comme représenté par la for- me d'onde C de la figure 5 et, de même, durant la deuxième demi- période de VB' le pont 8 étant conducteur, le courant I8 circule aussi en sens inverse.
Il s'ensuit donc que, si le rotor tourne de façon inin- terrompute, les courants envoyés dans la charge 9 sont d'abord dans .un sens et puis dans l'autre. Comme l'amplitude du courant induit IS suit la loi du cosinus relativement à l'angle de rotation, la charge 9 reçoit du courant alternatif en phase avec la position angulaire du rotor 2 relativement au stator 3. Cette condition est représentée à la figure 5A, sur laquelle la ligne IL représente le courant passant dans le circuit de charge 9, c'est-à-dire l'enve- loppe des valeurs I7 et I8 apparaissant alternativement. Il est à remarquer que la fréquence du courant de charge ne doit pas être constante, mais qu'elle correspondra toujours à la vitesse de ro- tation du rotor 3 et, si le rotor 3 est maintenu fixe, le courant de charge reste toujours constant.
Le générateur à basse fréquence décrit ci-avant peut être utilisé pour alimenter des moteurs du type à arrêts commandés. Un moteur de ce genre peut consister, par exemple, en un moteur syn- chrone à enroulement de stator diphasé et à rotor à aimant perma- nent, ou bien il peut s'agir d'un moteur du type à répulsion. Dans cette application de l'invention, 1'enroulement de stator monophasé 3 de la figure 4 est remplacé par un en.roulement diphasé dont les phases sont en quadrature, chaque phase alimentant un circuit re- dresseur distinct du genre représenté à la figure 4. La charge du premier circuit redresseur est constituée par une des phases du mo- teur, tandis que la charge du second circuit redresseur-est consti- tuée par l'autre phase 'du moteur..
Une, telle forme d'exécution procu- @
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re un dispositif de commande de position, dans lequel le moteur prend toujours la position correspondant à celle de l'enroulement de rotor 2, ou, évidemment, dans certains cas, la position angulai- re du moteur entraîné peut être un multiple ou un sous-multiple de la position angulaire du générateur, suivant le nombre de pôles du moteur.
REVENDICATIONS.
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Générateur de tension alternative à basse fréquence coin- prênant un régulateur d'induction avec un rotor alimenté par une tension alternative monophasée, un stator à un ou plusieurs enroule- ments ou phases, un moyen pour faire tourner le rotor à une vitesse voulue, et un transformateur associé à chacun des enroulements de stator et ayant son enroulement primaire relié à l'enroulement de stator, et comprenant les particularités suivantes, prises séparé- ment ou en combinaison :
1.- Deux redresseurs polarisés sont reliés aux extrémités -opposées de l'enroulement secondaire de chacun des transformateurs et sont polarisés à l'aide d'une tension alternative de la même fréquence et de la même phase que celle du rotor du régulateur d'in- duction, et un circuit de charge, ayant le même nombre de phases que l'enroulement de statorest connecté àla borne de sortie de chacun des redresseurs polarisés de façon que chaque phase du circuit de charge reçoive une tension continue variable correspondant, à tout moment, en amplitude et en polarité, à la position angulaire instan- tanée du rotor du régulateur d'induction relativement à l'enroule- ment de stator associé.
2.- Chacun des circuits redresseurs polarisés comprend quatre redresseurs montés en série par paires dans le même sens, de manière à constituer deux chemins redresseurs parallèles, et une tension alternative de polarisation est appliquée aux extrémités de ces chemins redresseurs.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to low frequency electric generators and relates to generators for producing a variable low frequency alternating voltage, i.e. on the order of 10 periods per second or less, or a frequency which can be maintained at any desired constant value.
Among other things, the invention is important for position control apparatus in which a motor of the controlled stop type is supplied with variable low frequency alternating current.
It is known to produce a voltage of variable amplitude by an induction regulator, the rotor of which, with alternating current excitation, rotates with respect to one or more en-
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stator bearings so as to induce in these stator windings alternating voltages of amplitude dependent on the angular displacement of the rotor relative to the stator winding.
It is also known practice to produce an alternating voltage at variable frequency using rotary collectors.
The object of the present invention is to produce an alternating voltage at variable low frequency, with the aid of a robust device, requiring neither collectors nor similar devices.
According to the present invention, a low frequency alternating voltage generator comprises an induction regulator with a rotor supplied by a single phase alternating voltage, a stator with one or more windings or phases and means for rotating the rotor at one. desired speed, a transformer associated with each of the stator windings, the primary winding of which is connected to the stator winding, two polarized rectifiers, connected to two points of opposite polarities of the secondary winding of each of the transformers and each polarized using an alternating voltage of the same frequency and phase driven as that applied to the rotor of the induction regulator,
and a load circuit having the same number of phases as the stator winding and connected to the output of each of the biased rectifiers, so that each phase of the load circuit receives a corresponding variable DC voltage, at all times, in amplitude and in polarity, to the instantaneous angular position of the rotor of the induction regulator relative to the associated stator winding.
The stator may consist of a non-phase winding or a polyphase winding, and in the latter case each phase must be connected, by one or more corresponding rectifiers, to the load circuit or to the load circuits. separated, for example, the respective phases of a polyphase load circuit.
An important application of the invention is in position control apparatus and, in this case, the generator stator must include a polyphase stator winding which supplies power.
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te the respective phases of a polyphase motor with controlled stops, this expression designating a motor whose angular position / follows that of the rotor of the generator (or whose angular displacement is a multiple or a sub-multiple of the angular displacement of the rotor of the generator ).
Such a motor may consist, for example, of a polyphase stator winding and a permanent magnet rotor, or it may consist of a repulsion type motor.
The term "biased bridge rectifier" used hereinafter denotes a bridge connection of rectifiers with an AC bias voltage applied to a pair of opposing terminals and a controlled voltage, usually an AC voltage, applied to it. the second pair 'of opposite terminals, the arrangement being such that, during one half of the bias voltage, the bridge conducts in both directions for the controlled voltage while, during the other half -period of the bias voltage, the bridge is non-conductive for the controlled voltage, provided that the controlled voltage does not exceed the amplitude of the bias voltage.
The invention is described below with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a circuit diagram showing the operation of a biased rectifier.
Figures 2 and 3 are graphs showing the relationship between voltage and current of the circuit of Figure 1, respectively for a positive half-period and a negative half-period of the bias voltage.
Figure 4 is a circuit diagram of a variable low frequency generator using, in combination, biased rectifiers and an induction regulator.
Figures 5 and 5a are graphs showing voltage and current waveforms.
The embodiment shown makes use of the principle of
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biased rectifier, based on the fact that if a bias voltage is applied to a rectifier in the forward direction, the rectifier passes a superimposed alternating voltage in both directions, provided that the magnitude of the voltage AC voltage does not exceed that of the bias voltage. This is because, during the half-periods when the alternating current flows in the on direction, it simply adds to the bias current, while, during the other half-periods when the alternating current flows in the opposite direction, it simply withdraws from the bias current without causing any current reversal.
If, on the contrary, the bias voltage is applied to the rectifier in the reverse direction, a superimposed AC voltage is blocked in both directions, unless its amplitude exceeds that of the bias voltage. It follows that, if an alternating bias voltage is applied, the rectifier is conductive half a period of two and non conductive during the other half periods, unless the superposed voltage exceeds the voltage of polarization.
In figure 1, four rectifiers A, B, C, D are connected in bridge, an alternating voltage of polarization VB is applied, in series with a resistance BB 'between the points of junction P and R, while that an alternating voltage to be controlled S is connected, in series with the load, between the other junction points Q and S.
The circuit operates as follows. During the half-periods of the bias voltage where the left terminal of VB is positive, a bias current IB crosses the bridge circuit, from P to R, following two parallel paths, one passing through the rectifiers A and B and the other path through rectifiers C and D. During the other half periods of the bias voltage, where the right terminal of FB is positive, a reverse bias voltage is applied to all rectifiers.
Figure 2 gives the commanded current IS as a function of
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voltage VS During the positive half-periods of VB 'that is to say when the left side of VB is positive and the current IB flows in the direction of the arrow, the current IS tends to cross the bridge between Q and S. We can see that starting from zero point, if the voltage VS increases positively, IS increases regularly and the current tends to flow in the opposite direction between A and D, but we must not forget that these rectifiers allow a current of direction bias passing by a value 1/2 IB 'so that IS simply reduces this current.
The current IS continues to rise, until it reaches the value of the bias current IB (in fact this happens when the current flowing through the rectifiers is equal to 1/2 IS = 1/2 IB). When this level is reached, the current through rectifiers A and D is reduced to zero, but it cannot be reversed due to the polarity of the rectifiers. Any increase in IS beyond this level is therefore deflected by the external circuit comprising the bias source VB and the bias resistor RB, the circuit being closed by the rectifiers B and C. Corresponding conditions occur for negative values of VS 'that is to say when IS flows in the opposite direction of the arrow.
In this case, Ig passes through rectifiers C and B in the opposite direction until the value IB 'is reached, at which time any further increase is deflected by RB.
So far it has been assumed that VB is positive. FIG. 3 represents the operating conditions in the case where the bias voltage VB is negative, that is to say when the positive terminal of VB is positive, a reverse voltage therefore being applied to all rectifiers. It follows that as VS increases in the positive direction from the zero point current flows until VS reaches a numerical value equal to VB. IS crosses the bridge by following the path passing through rectifier B, source VB 'bias resistor RB and rectifier C.
IS then increases in agreement with VS 'the slope of the characteristic dependent on the external load' and on the value of RB 'Un
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A similar effect is produced for negative values of VS 'when IS passes through rectifiers A and D.
FIG. 4 represents a low frequency generator, the reference 1 designating a single-phase AC power supply applied to the rotor 2 of an ACG AC generator of the induction regulator type, this rotor being able to rotate relative to a fixed stator winding 3. The latter is connected to the primary winding 4 of a transformer comprising a secondary winding with a central tap, the two halves of which bear the respective references 5 and 6. The end of the winding 5 is connected. to a polarized bridge rectifier 7 and that of 6 to a polarized bridge rectifier 8. The outputs of the polarized bridge rectifiers are connected to the terminals of a common load circuit 9.
The supply voltage source 1 is also connected to the terminals of the primary winding 14 of a second transformer with secondary windings 12 and 13, the winding 12 being placed across the terminals of the bridge 7. via a resistor 10, and the winding 13 across the terminals of the bridge 8 via a resistor 11. The voltages produced by the windings 12 and 13 are the bias voltages VB and the voltages produced by the windings 5 and 6 are called VS1 and VS2 respectively. The rectifier bridges are arranged so that, during the positive half-periods of V, the bridge 7 is conductive for IS1 and the non-conductive bridge 8 for IS2 'while, during the negative half-periods of VB', the bridge 8 is conductive for IS2 and bridge 7 non-conductive for IS1.
The connections are made so that the output currents I7 and I8 flow in the load circuit 9 in the same direction.
In figure 5, waveform A represents a period of the bias voltage VB 'while waveform B represents the flow of current I7' in the positive direction, during the first half-period of VB and the flow of current I8 from rectifier 8, in the positive direction, during the second half-period
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by VB. These conditions are valid for a rotation of 1800 of the rotor 3. When the rotor 3 is brought beyond this half-turn, the induced voltages VS1 and VS2 are reversed so that, during the first half-period of VB 'the bridge 7 being conductive, the current I7 circulates in the negative direction, as represented by the waveform C of figure 5 and, likewise, during the second half-period of VB' the bridge 8 being conductive, the current I8 also flows in the opposite direction.
It therefore follows that, if the rotor rotates in an uninterrupted manner, the currents sent to the load 9 are first in one direction and then in the other. As the amplitude of the induced current IS follows the law of the cosine relative to the angle of rotation, the load 9 receives alternating current in phase with the angular position of the rotor 2 relative to the stator 3. This condition is represented in FIG. 5A , on which the line IL represents the current flowing in the load circuit 9, that is to say the envelope of the values I7 and I8 appearing alternately. Note that the frequency of the charge current should not be constant, but will always correspond to the rotational speed of rotor 3 and, if rotor 3 is kept fixed, the charge current will always remain constant. .
The low frequency generator described above can be used to power motors of the controlled stop type. Such a motor may consist, for example, of a two-phase stator winding synchronous motor with a permanent magnet rotor, or it may be a repulsion type motor. In this application of the invention, the single-phase stator winding 3 of FIG. 4 is replaced by a two-phase winding whose phases are in quadrature, each phase supplying a separate rectifier circuit of the kind shown in FIG. 4. The load of the first rectifier circuit is constituted by one of the phases of the motor, while the load of the second rectifier circuit is constituted by the other phase of the motor.
Such an embodiment procu- @
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re a position control device, in which the motor always assumes the position corresponding to that of the rotor winding 2, or, of course, in some cases the angular position of the driven motor may be a multiple or a sub -multiple of the angular position of the generator, depending on the number of poles of the motor.
CLAIMS.
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A low frequency alternating voltage generator comprising an induction regulator with a rotor supplied by a single phase alternating voltage, a stator with one or more windings or phases, a means for rotating the rotor at a desired speed, and a transformer associated with each of the stator windings and having its primary winding connected to the stator winding, and comprising the following features, taken separately or in combination:
1.- Two polarized rectifiers are connected to the opposite ends of the secondary winding of each of the transformers and are polarized using an alternating voltage of the same frequency and the same phase as that of the rotor of the regulator. induction, and a load circuit, having the same number of phases as the stator winding is connected to the output terminal of each of the biased rectifiers so that each phase of the load circuit receives a variable DC voltage corresponding, to any moment, in amplitude and in polarity, at the instantaneous angular position of the rotor of the induction regulator relative to the associated stator winding.
2.- Each of the polarized rectifier circuits comprises four rectifiers connected in series in pairs in the same direction, so as to constitute two parallel rectifier paths, and an AC bias voltage is applied to the ends of these rectifier paths.
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