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pour t Montage de moteur électrique à courant continue notamment pour la traction électrique.
La présente Invention concerne un montage de moteur électrique à courant continu permettent de modifier à volonté la caractéristique de fonctionnement de ce moteur par action sur son flux magnétique d'excitations
On sait en effet qu'une excitation séparée, notamment celle d'un moteur à excitation en shunt, confère au moteur, pour une tension d'alimentation constante de l'induit, une vitesse sensiblement constante indépendante de la charge, c'est-à-dire du couple résistant qui est appli- qué à ce moteur. Au contraire l'excitation des inducteurs du moteur par des enroulements traversés en série par le courant d'induit (moteur série) donne à ce moteur une vitesse fonction de la charge.
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On a déjà propose, pour obtenir dos caracté- ristiques do fonctionnement intermédiaires, dos moteurs ayant une excitation composée qui, suivant l'importance relative do l'excitation séparée et de l'excitation série, ont des caractéristiques qui se rapprochent do l'un ou de l'autre type do moteur.
En traction électrique le moteur le plus généralement utilise est le moteur série, Co moteur parfait en marche normale, l'est beaucoup moins on cas de patinage des roues, car la charge diminuant, le moteur a tendance à d'emballer et le patinage à s'accentuer. Au contraire le moteur à excitation séparée n'offre aucun risque d'em- ballement, la porto d'adhérence est donc minimum et le patinage a tendance à disparaître spontanément
Il apparaît donc intéressant d'avoir un moteur possédant une coractéristique à excitation séparée pendant les périodes de démarrage (où un fort couple est nécessaire)
et une caractéristique sério pour les grande* vitesses afin de bénéficier de l'autoréqulation de la charge et do l'équirépartition de cette charge s'il existe plusieurs mocours courlés on rarallele,
On a déjà proposa pour permettre d'obtenir dos caractéristiques différentes d'un moteur électrique, suivant les circonstances, d'alimenter un enroulement d'excitation de ce moteur avec du courant alternatif redressé, ledit courant étant commendé par un amplificateur magnétique.
La présente invention a pour objet un mon- tage de ce genre particulièrement simple et avantageux dans lequel l'amplificateur magnétique (ou transducteur)
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utilisé est une simple réactance saturable, c'est-à-dire une inductance à noyau de fer dont la perméabilité est rendue variable par un enroulement de prémagnétisation parcouru par un courant continu.
Selon l'invention l'enroulement d'excita- tion du moteur électrique est unique tandis que la réactence saturable est magnétisée par un enroulement traversé par tout ou partie du courant continu d'induit du moteur, constituant ainsi une inductance d'impédance /au moins/ variable qui est montée dans/ une branche du circuit de courant alternatif d'excitation du moteur branché en parallèle avec laquelle est montée une seconde branche comportant une impédance réglable.
Pans un tel montage, l'impédance réglable étant fixe et l'impédance de la réactance saturable diminuant avec l'augmentation de l'excitation, c'est-à- dire du courant d'induit, le courant d'excitation du moteur tend à croître et la caractéristique est donc analogue à celle d'un moteur à excitation série.
Cependant l'impédance variable shuntant la réactance saturable par variation de ladite impédance de shunt on peut contrarier l'effet de la réactance sa- turable ou môme l'annihiler de façon à rsndre le courant d'excitation du moteur indépendant du courant d'induit, ce qui confère au moteur des caractéristiques analogues celles que donnerait une excitation séparée.
Enfin, en shuntant, en aval ou en amont du redresseur, l'enroulement d'excitation du moteur, il est possible d'obtenir non seulement une caractéristi- que "série" ou "excitation séparée" mais encore une
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pluralité de toiles caractéristiques pour une tension d'alimentation alternative constante.
La description qui va suivre on regard du dessin annexe, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de la. dite invention.
La figure h ost un schéma simplifié d'un montage selon l'invention
La figure 2 est une représentation schéma- tique d'un transducteur ou inductance saturable utili- sable dans le montage selon la figure 1.
Los figures 3 et 4 sont dos schémas d'en- semble d'installation de traction par exemple sur des locomotives Diesel-électriques.
La figure 5 montie des variantes de schéma de montage.
La figure 6.est une représentation schéma- tique d'inductanco saturable utilisable dans le montage selon la figure 5.
Dans le montage montré par la figure 1 l'in- duit tournant M d'un moteur électrique est relié par los bornes 1 à une source de courant continu.
L'inducteur B do ce moteur est alimenté en courant unidirectionnel par le redresseur D qui reçoit le courant d'une source alternative branchée aux bornes 2.
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L'une des branches de circuit parcourue par la . courant alternatif traverse un transducteur monté en réactance saturable A qui comprend deux enroulements égaux L1 et L2 parcoures en sons opposés par le courant alter- natif et un enroulement de magnétisation constitué par le conducteur C que traverse le courant d'induit.
A titre d'exemple, une toile réactance sa-* turable peut être réalisée comme il est montra sur la figure 2.
La branche centrale du noyau N à trois bran- ches parallèles est entourée par le conducteur C tandis que les enroulements L et L2 sont réalisés sur les branches extrêmes avec des sens tels qu'à chaque instant le flux de l'un de ces derniers enroulements s'ajoute dons la 'branche correspondante eu flux dû au courant continu, tandis que 10 flux du second enroulement se retranche du flux dû au courant continu dans la branche correspond dante.
De ce fait, plus l'intensité du courant continu dans l'enroulement C augmente, plus le noyau N est. proche do la saturation magnétique et plus l'impédance de l'ensemble L1,L2 diminue.
La réactance saturoble A est shuntée entre les points 3 et 4 par les résistances en. série Ra et R, la pre- mière pouvant être fixée une fois peur toutes par un ajus- tage préalable tandis que la seconde peut varier de zéro à une valeur infinie (circuit ouvert).
Enfin l'inducteur B peut être shunté par les résistances Rx et Ry pouvant être mises en service par les contact Sx et Sy.
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Lorsque les résistances ? ot Ra peuvent tre considérées comme négligeables par rapport à l'im- pédance de la réactance A, l'inducteur 8 reçoit un courant indépendant du courant d'induit et lé moteur fonctionne avec des caractéristiques d'excitation séparée.
Lorsqu'au contraire la résistance R est très grande ou infinie, le courant dans l'inducteur 8 est d'autant plus fort que le courant d'induit est plue intense, ce qui correspond aux caractéristiques d'exci- tation série*
Pour une suite do ratages convenables de la résistance R, on peut avoir une suite de caractéristi- que$ de moteur excitation composée (moteur compound).
Appliqué à la traction électrique, ce mo- teur peut être utilise seit sur les locomotives Dieael- électriques, soit sur une locomotive fonctionnant avec une source alternative redressée dans laquelle les moteurs sont alimentés avec une tension progressivement crois- tante,,
Lorsque plusieurs moteurs sont couplés en parallèle, il est nécessaire de prévoir leur équilibrage par un ajustement fixe de chacun d'eux. Ceci peut être obtenu par exemple par un choix convenable do chacune dos résistances Ra lorsque la résistance R est court- circuitée. Ainsi on Equilibre les charges aux casses vitesses lorsque les moteurs fonctionnent avec des carac- tristiques d'excition séparée.
Dans ce cas, ou démorrege, il suffit de donner aux résistances n, leurs valeurs minimales pour
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qu'aucun patinage ne soit à oreindre sauf celui, simul- toné, de tous les essieux.
Au fur et à mesure de l'accroissement de vitesse, les résistances R seront augmentées jusque coupure des circuits de shunt des réactances, donnant ainsi aux moteurs dos caractéristiques de moteurs série pures.
Cotte variation des résistances R peut être soit provoquée par la manoeuvre du manipulateur, soit asservie à la tension d'alimentation des induits, pro- gressivement croissante, soit contrôles par la vitesse, à l'aide d'une dynamo tachymétrique entrainés par l'un des essieux*
Selon la manière dont la variation de cette résistance est réalisée, selon aussi la vitesse atteinte, on peut craindre qu'une coupure du courant, suivie d'un nouveau démarrage avant annêt, ne fasse apparaître, aux bornes dos induits des moteurs, une cer- taine tension* Il est alors Indispensable que l'organe de connection des moteurs sur la source de courantcontinu (génératrice principale pour les locomotives Diesel- électriques,
redresseurs peur les locomotives alimentées en courant alternatif) ne puisse opérer qu'à l'égalité de ces doux tensions, ce qui peut être réalisable par dos dispositifs connus:
Le shuntage de l'inducteur B par Rx et Ry shuntage respectivement contrôlé par les interrupteurs Sx et Sy, donne un résultat identique à celui du shunta- ge de 1 'inducteur du moteur série normal. Ce shuntage peut s'opérer ou avant oU après redressement du courant (voir figure 3).
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Un autre très gros avantage de l'utilisa- tion dos moteurs selon l'invention réside dans le fait do la simplicité de l'inversion do sons de rotation de ces moteurs,
Aux liou et place d'un inverseur capable du courant total absorbé par l'induit et du câblage do la liaison que cet appareil impose, un inverseur cor- respondant à l'intensité d'excitation est suffisant, c'est-à-dire un inverseur alimente par dos câblos du faible section.
La figure 3 est un premier schéma de montage d'une locomotive Diesel-électrique dans lequel l'inversion du sens de marche est réalisée do la manière qui vient d'être indiquée.
La génératrice principale GP do la machine est entraînée par le moteur Diesel Mo. La source do courant alternatif SA qui alimente les bornes 2 peut être un convertisseur alimente par une batterie d'accumula- tours* La source GP comporte un enroulement d'excitation séparée 5. Par les conducteurs 6 et 7 cette génératrice peut alimenter les quatre induits M1 à M do quatre mo- teurs en parallèle ; la mise sous tension de ces induits est obtenue par un contacteur fermant les quatre contacts CL.
Pour chacun des moteurs la marche avant ou la marche arrière sont obtenues au moyen de doux con- tacteurs couplés qui, respectivement, ferment les con- tacts AV1, AV2 ou AR1, AR2 en se verrouillant mutuelle- ment. Ces paires de contacts croisent les enroulements inducteurs B1 à B4 aux bornes, respectivement, des re- dresseurs D1 à D4.
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Ces Inducteurs peuvent être shuntes, res-
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pectivement, par les résistances Rxl RY1 à RX4 RY4 au moyen dos contacts Sxl Syl à SX4 SY46 On remarquera que ces contacteurs de shuntage et les résistances as- sociées peuvent être de petit calibre, alors que le shun- tage usuel des inducteurs do moteurs série, parcourus par le courant total nécessite dos conducteurs do forte section.
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Chacun dos induits Ii1 a Mu peut être ferme sur une résistance do freinage Rfl à Rf4, grlce à un contact do contactour C1 CR. Ainsi le freinage rhéostatique est simplement obtenu puisqu'il suffit alors de maintenir, par la source SA, l'état d'excita- tion des moteurs.
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Enfin les réactances saturables Al à A4 peuvent être respectivement shuntées par los résistances
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d'ajustage do l'équilibrage Ral à Rt4 et les résistances do réglage Ria1 y' R,.%l Rd1 ' Rb4, RC4' Rd4 ou moyen des contacts de contacteurs C11 à C4t ;
C2 à C4 ; y Ct3 à C4 et Ct 4 à C4 . 4 Au démarragetous ces derniers contacts sont fermas, co qui donne aux moteurs des caractéristi- ques d'excitation séparée, puis le contacteur consnandant les contacts C est déclenche, puis le contacteur com- mandant les contacts C2 et ainsi de suite jusqu'à ce que, tous ces contacts étant ouverts, les moteurs fonctionnent avec une caractéristique série pratiquement pure qui, en vitesse, assure leur régulation et leur équilibrage.
Le schéma montré par la figure' 4 est ana-
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loguo h celui que montre la figuré 3 et concerne également
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uno locomotive i.esc.3ectrique. Dans ce tas la gdn6- ratrice principale GP comporte une excitatrice séparée EX et la polarité do l'inducteur 5 de la génératrice principale peut être inversée aux bornes do cette exci-
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tatrice grâce aux contacta AV3,AVG et 1RG., f Ar.G2 de deux contacteurs couples*
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Corne le srns du courant est alors inverse à la sortie de la génératrice principale Ger le ren- versement du sens do marche des quatre moteurs ayant
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pour induits h1 ' M4 est assuré puisque le sens du cou- rant dans leurs enroulements d'axe! tation 3t à F3r, n'a pas changé.
On voit ainsi que le montage selon l'in- vention permet dans certains cas de simplifier considé-
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rablement le ronvorsement du sens de marche La figure 5 montre le cas de Italimonta- tion de l'inducteur d'un moteur avec du courant poly- phasé.
La réactance triphasée A montrée sur cette figure peut être réalisée comme il est montré sur la figure 6 : un noyau central NC reçoit l'enroulement C
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et les trois noyaux périphériques NI p ;2 W3 les onrou- Icents 1, L2> L3 les plaques terminales triangulai- res ferromagnétiques r, et ' ferrent Magnotiquetncnt les flux de ces noyaux. Bien entendu, los plaques et les noyaux peuvent être feuilletés en tant que de besoin.
Dans le montage montré par la figure 5,
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les résistances -ajustables couplées Ra Ra et R13 et R) a R2 et Ra remplacent respectivement les résistances
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Ra et R. Le redresseur D est d'un type quelconque .appropria tri- ou hexaphesé, en étoile ou en triangle
Pour la clarté,on n'a pas représenté sur les schémas les asservissements d'enclenchement des différents contacteurs ni le dispositif de régulation des génératrices principales GP.
Pour bénéficier pleinement de l'avantage que confèrent ces moteurs, il est souhaitable de ne pas employer pour les locomotives Diesel, les génératrices anti-eompound classiques dont la tension s'élève rapide- ment quand l'intensité de démarrage diminua* La généra- trice pourrait, par exemple, être une machine à excita- tion indépendante, l'intensité d'excitation étant contrô- lée avant redressement par amplificateurs magnétiques assurant une intensité maximale de démarrage et une régulation UI constante selon tous procédés déjà connus.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux mode* de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalent?., sans sortir pour cela du cadre de la présente invention
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for t Mounting of a direct current electric motor, in particular for electric traction.
The present invention relates to an assembly of a direct current electric motor which allows the operating characteristic of this motor to be modified at will by acting on its magnetic flux of excitations.
It is in fact known that a separate excitation, in particular that of a motor with shunt excitation, confers on the motor, for a constant supply voltage of the armature, a substantially constant speed independent of the load, ie. that is to say the resistive torque which is applied to this motor. On the contrary, the excitation of the inductors of the motor by windings crossed in series by the armature current (series motor) gives this motor a speed according to the load.
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In order to obtain intermediate operating characteristics, it has already been proposed to provide motors with a compound excitation which, depending on the relative importance of the separate excitation and of the series excitation, have characteristics which approach one. or the other type of motor.
In electric traction the motor most generally used is the series motor, Co motor perfect in normal operation, it is much less the case of wheel slip, because the load decreases, the motor tends to run away and the slip to accentuate. On the contrary, the motor with separate excitation does not offer any risk of racing, the adhesion port is therefore minimal and the slipping tends to disappear spontaneously.
It therefore appears advantageous to have a motor with a separate excitation characteristic during starting periods (where a high torque is required)
and a serial characteristic for high * speeds in order to benefit from the auto-equilibrium of the load and the equal distribution of this load if there are several short or rare times,
In order to make it possible to obtain different characteristics of an electric motor, depending on the circumstances, it has already been proposed to supply an excitation winding of this motor with rectified alternating current, said current being controlled by a magnetic amplifier.
The present invention relates to a particularly simple and advantageous assembly of this type in which the magnetic amplifier (or transducer)
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used is a simple saturable reactance, that is to say an iron core inductor whose permeability is made variable by a premagnetization winding carried by a direct current.
According to the invention, the excitation winding of the electric motor is unique while the saturable reactor is magnetized by a winding traversed by all or part of the direct current of the armature of the motor, thus constituting an impedance inductance. minus / variable which is mounted in / a branch of the alternating current circuit of the motor connected in parallel with which is mounted a second branch having an adjustable impedance.
In such an arrangement, the adjustable impedance being fixed and the impedance of the saturable reactance decreasing with the increase in the excitation, that is to say the armature current, the excitation current of the motor tends to increase and the characteristic is therefore similar to that of a series excitation motor.
However, the variable impedance bypassing the saturable reactance by varying the said shunt impedance, the effect of the saturable reactance can be counteracted or even annihilated so as to make the excitation current of the motor independent of the armature current. , which gives the motor characteristics analogous to those which would be given by a separate excitation.
Finally, by bypassing, downstream or upstream of the rectifier, the excitation winding of the motor, it is possible to obtain not only a "series" or "separate excitation" characteristic, but also a
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plurality of characteristic fabrics for a constant AC supply voltage.
The description which will follow with regard to the accompanying drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text forming, of course, part of the. said invention.
Figure h ost a simplified diagram of an assembly according to the invention
Figure 2 is a schematic representation of a saturable transducer or inductor usable in the assembly according to Figure 1.
Figures 3 and 4 are general diagrams of the traction installation, for example on diesel-electric locomotives.
Figure 5 shows variants of the assembly diagram.
Figure 6 is a schematic representation of saturable inductance usable in the assembly according to figure 5.
In the assembly shown in FIG. 1 the rotary inductor M of an electric motor is connected via terminals 1 to a direct current source.
Inductor B of this motor is supplied with unidirectional current by rectifier D which receives current from an AC source connected to terminals 2.
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One of the circuit branches traversed by the. alternating current passes through a transducer mounted in saturable reactance A which comprises two equal windings L1 and L2 traversed in opposing sounds by the alternating current and a magnetizing winding formed by the conductor C through which the armature current passes.
By way of example, a saturable reactance cloth can be made as shown in Figure 2.
The central branch of the core N with three parallel branches is surrounded by the conductor C while the windings L and L2 are made on the end branches with directions such that at each moment the flow of one of these last windings In the corresponding branch is added the flux due to the direct current, while 10 flux from the second winding is subtracted from the flux due to the direct current in the corresponding branch.
Therefore, the more the intensity of the direct current in the winding C increases, the more the core N is. close to the magnetic saturation and the more the impedance of the set L1, L2 decreases.
The saturated reactance A is shunted between points 3 and 4 by the resistors in. series Ra and R, the first being able to be fixed once fear all by a preliminary adjustment while the second can vary from zero to an infinite value (open circuit).
Finally, inductor B can be shunted by resistors Rx and Ry which can be put into service by contacts Sx and Sy.
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When the resistances? ot Ra can be considered to be negligible with respect to the impedance of reactance A, inductor 8 receives a current independent of the armature current and the motor operates with separate excitation characteristics.
When, on the contrary, the resistance R is very large or infinite, the current in the inductor 8 is all the stronger as the armature current is more intense, which corresponds to the series excitation characteristics *
For a series of suitable failures of the resistance R, we can have a series of characteristics $ of a compound excitation motor (compound motor).
Applied to electric traction, this motor can be used either on Dieael-electric locomotives, or on a locomotive operating with a rectified AC source in which the motors are supplied with a progressively increasing voltage ,,
When several motors are coupled in parallel, it is necessary to provide for their balancing by a fixed adjustment of each of them. This can be achieved, for example, by suitable choice of each of resistors Ra when resistor R is short-circuited. This balances the loads at break speeds when the motors are operated with separate excitation characteristics.
In this case, or demorrege, it suffices to give to the resistances n, their minimum values for
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that no slip is to be achieved except that, simultaneously, of all the axles.
As the speed increases, the resistances R will be increased until the reactance shunt circuits are cut, thus giving the motors the characteristics of pure series motors.
This variation of resistances R can be either caused by the operation of the manipulator, or slaved to the supply voltage of the armatures, progressively increasing, or controlled by the speed, using a tachometric dynamo driven by the one of the axles *
According to the way in which the variation of this resistance is carried out, also according to the speed reached, one can fear that a cut of the current, followed by a new start before annêt, does not reveal, at the terminals back induced of the motors, a cer - voltage * It is then essential that the device for connecting the motors to the direct current source (main generator for Diesel-electric locomotives,
rectifiers for locomotives supplied with alternating current) can only operate at the level of these gentle voltages, which can be achieved by known devices:
The shunting of the inductor B by Rx and Ry shunting respectively controlled by the switches Sx and Sy gives the same result as the shunting of the inductor of the normal series motor. This shunting can take place either before or after rectification of the current (see figure 3).
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Another very big advantage of the use of motors according to the invention lies in the fact of the simplicity of the inversion of the sounds of rotation of these motors,
Instead of an inverter capable of the total current absorbed by the armature and of the wiring of the connection that this device imposes, an inverter corresponding to the excitation current is sufficient, that is to say an inverter feeds cables from the small section.
FIG. 3 is a first assembly diagram of a diesel-electric locomotive in which the reversal of the direction of travel is carried out in the manner which has just been indicated.
The main generator GP of the machine is driven by the Diesel engine Mo. The alternating current source SA which supplies the terminals 2 can be a converter supplied by an accumulator battery * The source GP has a separate excitation winding 5. Via conductors 6 and 7, this generator can supply the four armatures M1 to M of four motors in parallel; the energization of these armatures is obtained by a contactor closing the four CL contacts.
For each of the motors, forward or reverse gear is obtained by means of soft coupled contactors which, respectively, close contacts AV1, AV2 or AR1, AR2 by locking each other. These pairs of contacts cross the field windings B1 to B4 at the terminals, respectively, of the rectifiers D1 to D4.
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These Inductors can be shunted, res-
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pectively, by resistors Rxl RY1 to RX4 RY4 by means of contacts Sxl Syl to SX4 SY46 It will be noted that these shunt contactors and the associated resistors can be of small caliber, whereas the usual shunt of series motor inductors , carried by the total current requires conductors of large section.
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Each armature Ii1 to Mu can be closed on a braking resistor Rfl to Rf4, thanks to a contactor C1 CR. Thus rheostatic braking is simply obtained since it is then sufficient to maintain, by the source SA, the state of excitation of the motors.
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Finally, the saturable reactors Al to A4 can be respectively shunted by the resistors
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for adjusting the balancing Ral to Rt4 and the regulating resistors Ria1 y 'R,.% l Rd1' Rb4, RC4 'Rd4 or by means of contactors C11 to C4t;
C2 to C4; y Ct3 to C4 and Ct 4 to C4. 4 When starting, all these last contacts are closed, which gives the motors separate excitation characteristics, then the contactor controlling the C contacts is tripped, then the contactor controlling the C2 contacts and so on until that, all these contacts being open, the motors operate with a practically pure series characteristic which, in speed, ensures their regulation and balancing.
The diagram shown in figure '4 is ana-
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loguo h the one shown in figure 3 and also concerns
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an electric electric locomotive. In this heap the main generator GP has a separate exciter EX and the polarity of the inductor 5 of the main generator can be reversed at the terminals of this exciter.
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tatrice thanks to the contacta AV3, AVG and 1RG., f Ar.G2 of two torque contactors *
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Horn the current srns is then reversed at the output of the main generator Ger the reversal of the direction of operation of the four motors having
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for armatures h1 'M4 is ensured since the direction of the current in their axis windings! tation 3t to F3r, has not changed.
It can thus be seen that the assembly according to the invention makes it possible in certain cases to simplify
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ronvorsement of the direction of operation. Figure 5 shows the case of Italimounting the inductor of a motor with polyphase current.
The three-phase reactance A shown in this figure can be realized as it is shown in figure 6: a central core NC receives the winding C
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and the three peripheral nuclei NI p; 2 W3 the onrou- Icents 1, L2> L3 the triangular ferromagnetic end plates r, and 'magnetize the fluxes of these nuclei. Of course, the plates and the cores can be laminated as needed.
In the assembly shown in figure 5,
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-adjustable resistors coupled Ra Ra and R13 and R) a R2 and Ra respectively replace the resistors
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Ra and R. The rectifier D is of any type, suitable for tri- or hexaph, star or delta
For clarity, the diagrams have not shown the interlocking controls of the various contactors nor the regulation device of the main generators GP.
To fully benefit from the advantage conferred by these engines, it is desirable not to use conventional anti-eompound generators for diesel locomotives, the voltage of which rises rapidly when the starting current decreases. trice could, for example, be a machine with independent excitation, the excitation intensity being controlled before rectification by magnetic amplifiers ensuring a maximum starting current and constant UI regulation according to all already known methods.
It goes without saying that modifications can be made to the embodiments which have just been described, in particular by substituting equivalent technical means?., Without going beyond the scope of the present invention.