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. SYSTEME DE COMMANDE POUR MACHINES ELECTRIQUES.
La présentehinvention se rapporte aux systèmes de commande potzr véhicules électriques et, plus particulièrement, aux systèmes de freinage rhéos- tatique. Elle a pour objet un système simple et sûr qui permet d'obtenir rapide- ment le freinage,
Dans certains systèmes de commande de moteur la résistance d'accélération est entièrement insérée dans le circuit des machines lorsque cel- les-ci fonctionnent en moteurs. Si l'on freine ensuite, cette résistance restera en circuit durant un court instant et, dans certains cas, sa valeur peut être assez élevée pour empêcher les machines de fonctionner en génératrices,
D'autre part, les circuits magnétiques des moteurs présentent de l'ystérèsès et, de plus. les inducteurs présentent de la self.
Les machines
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nécessitent donc un certain temps avant de pouvoir fonctionner en génératrices.
Il en résulte que pour avoir un courant déterminé correspondant à la marche en dérive, la valeur de la résistance doit être plus faible si les conditions nécessaires au freinage rhéostatique sont réalisées par la réduction de cette résistance que si elles sont réalisées par celle de l'excitation*
Conformément à l'invention, au début de la marche en dérive, l'excitation reçoit sa valeur maxima; dès que le courant a atteint une intensité déterminée, l'excitation est réduite et on règle la résistance de freinage rhéostatique de manière à obtenir une intensité prédéterminée.
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessina ci- points dans lesquels t la Fig.1 est un schéma d'un système de commande pour moteurs de traction dans lequel est réalisée l'invention; la Fig.2 est un schéma développé du controller d'accélération; la Fig.3 est un schéma analogue du controller de freinage; la Fig.4 est un schéma analogue d'un controller actionné par un servo-moteur hydraulique; la Fig.5 est un tableau des opérations successives des contacteurs; la Fig.6 est un schéma d'une variante.
Dans ce qui suit, les abréviations "b" et "c" désignent respec- tivement une bobine et un contacteur,
Le système représenté comprend quatre moteurs à courant continu 10 à 13 pourvus d'enroulements d'excitation série 14 à 17 respectivement, Les commutateurs 8 et 9 permettent d'inverser les connexions des enroulements d'excitation pour modifier à volonté le sens de marche, Les rhéostats 18 à 21 permettent de contrôler l'accélération et le freinage rhéostatique.
On a désigné, en outre, par 22 et 23 des résistances servant à shunter les inducteurs, par 24 un controller d'accélération (Pig.2) et par 25 un controller de freinage (Fig.3). Un servo-moteur à air comprimé 27 actionne le curseur 26 et un controller auxiliaire 28 (Fig.41.
Lorsque les controllers à main 24 et 25 se trouvent dans leur position à vide, le servo-moteur 27 amène le curseur 26 à la position a .pour laquelle la résistance 19 est entièrement insérée dans le circuit du moteur.
Lorsqu'on désire démarrer, on déplace le controller 24 Tors sa 1ère position. Conséquences !fermeture des *et 24a et 24b, ouverture du *et 24e.
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Excitation de la b, 131; fermeture du o. LB1,(Cireult d'excitation de la botbls 29, 25a, 24a, 30, LBl, 319 32), Fermeture du c.34; fermeture d'un circuit de verrouillage pour la b. LBl, La fermeture du ce 24b provoque celle du circuit de la b, LBS (par le et 25b)o Fermeture du c, LB2. La fermeture des ce Il et LB2 provoque la mise en circuit des deux paires de moteurs en parallèle par le circuit suivant s 2Oj. 19, 35, terre. Les moteurs démarrent avec leur excitation maxima, Le ce 36 (qui se ferme en même temps que le o.
IBI) ferme, par 38, le circuit de la b. 37 qui commande l'admission d'air comprimé dans le servo-moteur 27< Celui-ci déplace le curseur 26 dans la direction du point b de manière à oourt-cirouiter graduel-
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lement la résistance 19, et à faite accélérer les moteurs,
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En même temps que le contacteur TB2a le ce de verrouillage 39 se ferme et provoque, par le ce 98b l'excitation des b. FS1 et F82 en parallèle. Les ce Wfll et FS2 se ferment et mettent en parallèle les résistances 22$ 22a et 23023a sur les paires d'inducteurs correspondantes* L'excitation est donc ré-
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duite.
Le aontroller 24 se déplaoe normalement d'une façon continue de-
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puis la position à vide jusqp'à la seconde et dernière position. Par conséquent, immédiatement après la fermeture des et 24a et 24b, se produit celle des c. 24o et 24d* Le ce 94o (du controller d'accélération) ferme le circuit des ir, hS3 et F84 en parallèle. Conséquences t fermeture des o. YS5 et FS4 qui court-circuitent partiellement les résistances 22 et 23, ce qui a pour effet de réduire encore l'excitation des machines.
Circuit des b, li'S3 et FS4 ! 240 28a, 40, Fermeture du 'CI. 24d; excitation de la bobine Cli fermeture du ce C1 . La résistance 18 est mise en
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parallèle sur la résistance 20 et provoque une nouvelle accélération des moteurs.
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Aussitôt après que les moteurs ont été excités, le ce 28a s'ouvre, les b. FS3 et FS4 sont désexcitées, l'excitation du moteur augmente, Immédiate- ment a:orèes le o. 28b s'ouvre et désexcite les b. FS1 et YSZ dont les ce s'ou-
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vrent, Les shunts des inducteurs sont mis hors-oircuit et les moteurs reçoivent leur pleine excitation,
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Le servo-moteur 27 poursuit sa progression et aourt-airauite la u résistance 19; ensuite, lOrSqu8 r::ren! , le ce 28o se ferme. Conséquences excitation de la b, M; ouverture des c. 31, 38 et Ta.; fermeture des c. T2 et T3.
Le et fil met la résistance 18 hors-circuit et le o. T2 insère de nouveau la r-é- sistanco 19 dans le circuit des moteurs.
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Le o. T3 connecta la résistance 20 au curseur 26. L'ouverture du c. 38 par la b. T3 provoque la désexcitation de la b, 37. Le servo-moteur 27 tourne en sens inverse et le curseur 26 revient vers le point a , Conséquences t fermeture du c. 28b et, par suite, des c. FS1 et FS2; réduction de l'excitation et$ peu après fermeture du c. 28a; fermeture des c. FS3 et FS4, donnant une excitation minima pendant que la vitesse croit,, La b, TS reste excitée grâce à son o. de verrouil- lage 41.
On a prévu un relais 43 d'accélération ou de décélération qui commande la vitesse du servo-moteur 27 de manière à obtenir un courant maximum prédéterminé dans le circuit des moteurs. Le relais 43 est pourvu d'une b. 35 parcourue par le courant qui traverse le circuit des machines lorsque celles-ci fonctionnent en moteurs, d'une b.44 excitée en fonction du courant de freinage rhéostatique, et d'une b, de tension 45 qui agit dans le même sens que les b.
35 et 44.
Le contact mobile 46 du relais 43 est rappelé à sa position infé- rieure par l'effet de la pesanteur ou sous Inaction d'un ressorte Ce relais commande l'excitation de la b.47 qui agit à son tour sur le servo-moteur, de façon à contrôler la vitesse de déplacement du curseur 26. L'excitation de la b.47 provoque le fonctionnement du servo-moteur 27.
Dans sa position inférieure, le doigt de contact 46 ferme le circuit suivant :48, 45, 47,49 ou 50 ou 28d, et 32. Le o. 28d est fermé lors- que le controller 28 est dans sa position de démarrage et pendant un faible in- tervalle de temps après le démarrage, La b. 47 est donc d'abord excitée à tra- vers 28d. Lorsque la b. 45 est excitée, le doigt 46 ouvre le circuit des b. 45 et 47 et le servo-moteur 27 s'arrête. Toutefois, le doigt 46 revient à sa posi- tion Inférieure, à moins qu'il ne garde sa position supérieure sous l'effet de la b. 35, Le doigt 46 entre donc en contact intermittent dans sa position infé- rieure jusqu'à ce que le courant atteigne une certaine valeur prédéterminée.
Lorsque I'intensité du 60urant est de beaucoup inférieure à la valeur maxima, le doigt 46 revient vers le contact inférieur aussitôt qu'il le quitte, de telle sorte que la b. 47 est excitée pendant la plus grande partie du temps; le servo- moteur fait avancer le curseur 26 à une vitesse élevée et l'intensité du courant augmente. L'action de la b. 35 devient plus Importante; le doigt 46 revient moins vite vers sa position inférieure et le servo-moteur 27 fonctionne à une allure plus lente. Finalement, lorsque le oourant atteint sa valeur maxima. le doigt 46 est maintenu dans sa position supérieure. La b. 47 n'est plus erci-
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-tée et le aervo-moteur 27 N'arrête.
Si le aontroller 24 ne progresse que jusqu'à sa première posi- tion, l'ouverture du c. 28d, lorsque le curseur 26 s'éloigne de !.empêche l'exci- tation de la b.47 et, par suite, le fonctionnement de 27, Par contre, à la se- conde position, ainsi qu'on l'a dit ci-dessus, le c. de verrouillage 49 se ferme et complète le circuit de la b.47.
Supposons que, pour la marche en dérive, le controller d'accé- lération 24 soit ramené* à sa position à vide (de même que le controller de freinage). Dans cette position, le o. 24e est fermé , provoquant la fermeture du circuit de la b. B (24e, 50a, 51, B, 52, 32). Conséquences fermeture des ce B1, B@ et B3.
La fermeture du c. B2 provoque celle du circuit suivant : terre, 35, 21, B3, 16 et 17, B2 , 53. Les enroulements d'excitation sont donc alimentés par la batterie 53, ce qui permet aux machines de fonctionner en génératrices et, dans ce cas, la batterie est chargée grâce à la chute de tension aux bornes de la résistance 21.
La fermeture des c. B1 et B3 provoque celle d'un circuit de freinage : 54, Bl, T1, 18, 19, 26, 21, B3, 55. Les deux paires de moteurs sont connectées en parallèle entre elles dans le circuit de freinage.
L'excitation de la b. B se produit également lorsque les cir- cuits de commande sont excités, les moteurs étant au repos et les controllers 24 et 25 dans leur position à vide. De préférence, le conducteur d'alimentation 29 comprend un interrupteur à main 56 que l'on ferme avant de faire fonctionner le controller d'accélération 24 pour mettre en marche les moteurs.
Le c. 56a se ferme et provoque la fermeture du circuit suivant 29. 24a, 50a, 51, 56a, 56b, 38, 37, 32. La b. 37 étant excitée, le servo-moteur 27 fonctionne et le curseur 26 se déplace vers! , la b.47 restant excitée à travers le c. 50. On oonstatera que les mêmes connexions sont réalisées lorsque l'interrupteur 56 est fermé, les moteurs étant au repos.
Lors de la marche en dérive, le c. 28d ferme d'abord le circuit de la b, 47 (29, 46, 45,, 47, 28d ou 50, 32). La b.45 est excitée en même temps que la b.471 le doigt 46 ouvre alors le circuit des b. 45 et 47 et retombe aus- sitôt. Cette opération se répète et a pour effet de faire avancer le curseur 26 par saccades. Pendant ce temps, les inducteurs ne sont pas shuntés et sont donc parcourus par le courant d'induit total. On verra cependant que llintensité de ce courant est limitée à une valeur suffisamment faible pour éviter le frei-
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-nage .
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Lorsque les machinée commencent à fonctionner en génératrices, l'Intensité du courant qui circule à travers la b.44 (etent-à-di" dans le cir- cuit de freinage rhéostatique) augmente. Circuit de la b,44 : s 57, 58, 59, 60, 41# 62, 44, terre. Le doigt 46 gagne sa position supérieure.
La b.44 est donc connectée, par la b.35, en parallèle sur la partie de droite de la résistance 21. A ce moment, la b.35 n'est excitée que par le courant fourni par la batterie 53 et par celui qui traverse la b.44, la comme de ces deux courante étant insuffisante pour produire un effet sensible.
Lorsque les machines cessent de fonctionner en moteurs et que la résistanee du circuit de freinage est assez faible pour donner lieu à un
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courant élevé (par exemple 50 Amp.j,le relais à maxima d'intensité 43 amène le doigt 46 dans sa position supérieure Conséquences s excitation des b, 1'83 et FS4, (Circuit des bobines PS3 et F84 t 29, 46, 62a, 25 , 62b, FS3 et h4 en parallèle, 32).
Les inducteurs sont shuntée; l'excitation prend une valeur faible (par exemple les 52% de l'excitation qui résulterait si les inducteurs étaient parcourus par le courant d'induit total).
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Si la résistance du circuit de freinage-a une valeur telle que l'on obtienne l'intensité de courant désirée, les o. PS3 et PS4 sont immédiate- ment fermés, Le e, de verrouillage 61 a court-circuite les résistances 59 et 60 dans le circuit de la b.44. Il en résulte que le relais 44 enclenchera pour une valeur plus faible du courant traversant la résistance 21 (par exemple 30 ampères, valeur normale du courant pour la marche en dérive)*
En d'autres termes, le courant d'induit s'élève momentanément jusqu'à 50 ampères avec la pleine excitation et, ensuite, le relais 43 ferme
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les c. FS3 et PS4; le courant est réduit à 30 ampères et l'excitation aux 5 de sa valeur. Le c. 63 établit un circuit de verrouillage pour les b. FS3 et Î'S4 t 51, soya, 24e, 29.
L'opération qui vient d'être décrite précède et prépare le
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freinage rhéostatique, de manière à permettre d'arrêter le véhàaule en un point précis de sa course. Pendant cette manoeuvre, le contrôle de la résistance du
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circuit de freinage rhéostatique reste satisfaisant, ggrQce au fait que lors de la marche en dérive, le courant est réduit à une valeur faible en agissant sur l'excitation des moteurs.
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La commande des résistances est analogue à celle qui a lieu lors- que lea machines fonctionnent en moteurs mise hors-circuit de la résistance 19 ;
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fermeture du ce 28c; fermeture d'un circuit par 56b et la b. TS; ouverture du cb *n.; fermeture des o.
T2 et T3; ouverture du c. 38; désexoitation de la b.36T, Le aervo-moteur progresse maintenant en sens inverse et provoque une nouvelle réduc- %ion de la résistance du circuit de freinage rhéoatatique, Le curseur 26 peut être déplace à grande vitesse (par exemple de! en b et de retour en 1 1/2 sec.).
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BBEINASE IMOSTATiq5b La manoeuvre décrite ci-dessus (pour l'arrêt en un point voulu de la course) est effectuée avec une grande rapididitêp probablement en quelques secondes, après que le controller d'accélération est ramené à sa position à vide.
Dans la plupart des cas, cette opération sera achevée avant que l'on ait manoeu- vré le controller de freinage 25, Toutefois, elle peut être Incomplète si les machines ont fonctionné en moteurs et que l'on freine immédiatement après.
Supposons que l'on manoeuvre le controller de freinage 25,
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Conséquences ! ouverture des c. 25a, 25b et 25ei fermeture des a. 25d et 26g.
Les et 25a et 25b provoquent l'ouverture des circuits des b. LBl et LB2 pour éviter que les c. correspondants ne soient fermés sous l'action du controller
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d'accélération. Le c. 25o provoque la désexcitation des b. FS3 et FS4 et l'ou- verture des b. FS3 et FS4* Les inducteurs reçoivent donc momentanément leur excitation maxima. Ce dernier détail est important lorsque l'on commence à freiner avant d'avoir achevé les opérations qui doivent permettre d'arrêter le véhicule au point précis choisi.
Le fait que l'excitation est maxima pendant que l'intensité du courant de freinage augmente assure un bon fonctionnement du servo-moteur 27.
Du reste, chaque fols que l'on freine, l'excitation reçoit momentanément sa valeur maxima.
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Lorsque le ou 26d se trouve dans sa position de fermeture, le doigt 46 étant dans sa position supérieure et qu'il circule un courant de frei- nage, les b, FSl et FS2 sont excitées. Les ce PSI et FS2 se ferment et shuntent les inducteurs, Circuit des b. FS1. et FS2 ! B9, 46, 25d, 64 FS1 et FS2, 65 32, L'excitation est réduite,pour le freinage normal, aux 70% de sa valeur maxima,
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Le o@ 25g ferme un circuit en parallèle sur le c, ffl pour éviter que le circuit de B. ne s'ouvre. par suite du fonctionnement de 24. Par suite de la fermeture du o. FS2, le c.66 s'ouvre et la résistance 62 est*Insérée
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dans le circuit de la B.44. Il en résulte que le relais 43 enclenchera pour une valeur plus élevée du courant de freinage, l'excitation atteignant les 70% de sa valeur maxima.
Avant que le doigt 46 ait gagné sa position supérieure, le controller de freinage atteint sa dernière position, dans laquelle le c. 25e se ferme et le c. 25f s'ouvre, Le o. 25e fermer(par 67), un circuit de dériva- tion pour les b.45 et 47. La b.47 est excitée et le servo-moteur 27 fonctionne d'une manière continue; lirait varier la résistance de freinage indépendamment du relais d'intensité Jusqu'au moment où la b, FS2 est excitée et que le c. 67 ouvre ce circuit de dérivation. Si célui-ci n'existait pas, il pourrait se pro- duire une hésitation momentanée du controller 27 à l'instant où le doigt 46 s'é- lève, ouvrant ainsi le circuit de la b.47.
Cette hésitation est désavantageuse car elle rend moins rapide l'augmentation de l'effort de freinage rhéostatique.
Grâce au circuit de dérivation, le controller 27 progresse d'un mouvement continu après le début du freinage jusqu'au moment où la fermeture des o. FS1 et FS2 provoque la diminution de 1'excitation.
Le c. 26f ouvre un circuit qui shunte la résistance 89 et Insère ainsi cette dernière dans le circuit de la b.44, Il en résulte que l'intensité du courant de freinage pour laquelle le relais 43 fonctionne s'élève eneore,
La résistance ballast 59 présente un coefficient thermique posi- tif Important! de préférence, sa valeur sera d'environ 20 ohms à la température normale et 180 ohms à chaud.Elle peut être constituée par un ou plusieurs fils de tungstène placés à la faqon du filament d'une lampe, dans une enveloppe scel- lée remplie de gaz, Lorsque la température de la résistance 59 s'élève, l'inten- sité du courant de freinage qui provoque le fonctionnement du relais 43 s'élève en même temps que la valeur de la résistance 59,
]le servo-moteur 27 progresse donc graduellement et sous le contrôle rigoaureux du relais d'intensité 43.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans le c. de verrouillage 30 dans le circuit de la b, LB1. Ce c. 30 se ferme dès que l'on cesse de freiner et permet aux moteurs de fonctionner Immédiatement d'une faqon normale.
Le schéma de la Fig.6 représente une variante dans laquelle l'excitation est maxima lors de la marche en dérive. Ensuite les Inducteurs sont shuntés (relais 43 et C. FS1 et FS2) si l'intensité dépasse une valeur prédéter- minée. Lorsque le freinage commence, les o. FS1 et FS2 s'ouvrent et le freinage rhéostatique XX opère avec l'excitation maxima.
Dans le système de la fig.6. le oontroller d'accélération est
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pourvu de deux c. supplémentaires 24f et 24g qui sont manoeuvrés en même temps que les c. 24o et 24d. Le oontroller 28 est également pourvu de deux c. supplé- mentaires le c. 28e, normalement fermé et manoeuvre en même temps que le c. 28d; et le c. 28f qui se ferme immédiatement après l'ouverture du c. 28b ,Par contre, les c. 25d et 25e du controller de freinage ne sont pas utilisés dans le système de la Fig.6.
D'autre part, certains éléments de l'appareillage représenté à la Fig.1 ont été omis les résistances 60, 61, 62; les c. 50. 66, 67, 31, 49, Par contre, on a prévu deux nouveaux c.: 68 et 6@a.
Lorsqu'on accélère et que le controller d'accélération passe im- médiatement à sa seconde position, les c. 24f et 24g se forment. Si le controller s'arrête dans sa première position, ces c. ne se ferment pas, de même, par consé- quent, que les c. FS1 et FS2. De plus, si le o, 24g n'est pas formé, la b,, 37 n'est pas excitée et le servo-moteur 27 ne démarre pas*
Dans le système de la Fig.6, les différents éléments sont dési- gnés par les mêmes signes de référence que les éléments correspondants de la fig.1 et fonctionnent de la même manière, sauf en ce qui concerne les détails mentionnés ci-après,
Lorsque le véhicule roule en dérive, le c. 24e provoque l'exci- tation de la b.
B et, par suite, la fermeture des c. Bl , B2 et B3. Les machines fonctionnent alors en génératrices et fournissent au circuit de freinage rhéos- tatique un courant de faible intensité qui n'engendre aucun effort de freinage appréciable* Le servo-moteur 27 se met en marche sous le contrôle du relais 43.
Le courant prend bientôt une valeur assez élevée pour que le doigt 46 ferme le circuit des b, Fil et FS2. Les c. correspondants ferment des circuits qui shuntent les Inducteurs* Circuit des b. FS1 et FS2: 29, 48, 46, 68= 25c, 62b, FS1 et FS2, 69, 32. La fermeture du c. FS2 provoque celle du c. 68a qui ferme un circuit (29, 24c, 50a, 68a, 70) en parallèle sur 60-46.
Lorsqu'on manoeuvre le controller de freinage 25, le c. 25c s'ouvre, et les o. FS1 et FS2 ouvrent les circuits qui shuntent les inducteurs, L'excitation est donc maxima pendant le freinage rhéostatique. Le c. 25c, qui reste ouvert, empêche l'excitation des b. FS1 et FS2 lorsque le doigt 46 ferme le contact supérieur.
Un autre détail caractérisant le système de la Fig,6 réside dans le c. 71, normalement ouvert et actionné par la b.72; celle-ci est excitée en fonction de la chute de tension aux bornes des moteurs 10-11 lorsque le c.73 se
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ferme. Le o. 71 permet d'exciter la b, TS pour abréger la suite des opérations d'accélération lorsque l'on réapplique l'énergie après la marche en dérive, pendant que la vitesse est élevée. Dans ce cas, la résistance d'accélération tout entière est insérée dans le circuit du moteur et le courant qui traverse ce circuit est inférieur à sa valeur normale jusqu'au moment où la résistance d'accélération est partiellement'ou entièrement retirée du circuit par suite du déplacement du curseur 26.
La b, 72 ferme le c. 71 lorsqu'elle est soumise à une tension élevée prédéterminée, mais après la fermeture du o. 28f, c'est-à-dire dès que le curseur 26 quitte la position a. Dans ce cas, le c.71 ferme (indépendamment du c. 28c) un circuit comprenant la b. TS. Celle-ci peut donc être excitée en fonction de la chute de tension aux bornes des moteurs (c.à.d. en fonction de leur vitesse), avant que le curseur 26 ait atteint la position b.
Lorsque la b. TS est excitée, la valeur de la résistance d'accé- lération est réduite, ainsi qu'on l'aff dit ci-dessus, Le c. 38 s'ouvre et pro- voque l'ouverture du circuit de la b.37. Le curseur 26 retourne vers la position a. 11 en résulte que le courant d'accélération atteint sa valeur normale en un temps plus court que s'il fallait passer par la suite entière des opérations.