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-NOUVELLE DISPOSITION DE SURVEILLANCE DES CIRCUITS ELECTRIQUES DE
PROTECTION.-
Les machines d'extraction électriques actuelles comportent, en général, un système de protection contre les survitesses à émis- sion de courant. le principe de cette protection, valable à la pleine vitesse de la cordée et pendant le ralentissement, est le suivant : en chaque point du puits, on compare aile tension U prélevée aux bornes du moteur de la machine et proportionnelle à la vitesse désirée, en ce
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point, en appliquant la tension U à un circuit électrique de pro- tection, de résistance R.
Cette résistance R, proportionnelle à la vitesse dési- rée, est obtenue en matérialisant le déplacement de la cage dans le puits, sous la forme du déplacement d'un curseur, entrainé par le moteur de la cage, sur les plots d'un rhéostat. La répartition des résistances entre touches du rhéostat est étudiée et établie en fonction de la cordée théorique. Durant le démarrage, la résis- tance R possède la valeur constante qu'elle a à la pleine vitesse.
Le courant I dans le circuit de protection a pour ex- pression : I = U/R. Il est donc proportionnel au rapport des vites- ses réelle et désirée de'la cage. Une augmentation du courant I indique que la vitesse est supérieure à la vitesse désirée et, pour un certain taux de dépassement, un relais, actionné par ce courant I, provoque le ralentissement et l'arrêt s'il y a lieu. uais ce dispositif devient inopérant si une coupure accidentelle se produit dans le circuit de protection; il est né- cessaire, dans ce cas, de¯prévoir.un moyen de sécurité qui avertis- se que la machine fonctionne sans protection contre les survitesses et éventuellement, prenne des mesures ;en conséquence, par exemple provoque 1'. arrêt complet de l'installation.
Jusqu'à présent, la surveillance du circuit de protec- tion était assurée par un relais à minimum de courant. Ce relais enclenchait lorsque l'intensité dans le circuit de protection dé- passait un certain seuil. Au-dessous de cette valeur, et en parti- culier pour un courant nul, en cas de*coupure du circuit de pro- tection contre les survitesses, il était déclenché.
Mais ce relais ne pouvait avoir qu'un rôle de signalisation, alors qu'il aurait été nécessaire de provoquer l'arrêt de la machine, en cas de coupu- re, par chute directe du frein de sécurité, saris l'intervention du machiniste; il ne pouvait pas, en effet, permettre de pra#Toquer directement l'arrêt de'la machine, car pendant les démarrages, tant-que l'intensité n'avait pas atteint le seuil, le relais à
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minimum étant ouvert, l'installation n'aurait pas pu démarrer.
Aussi, ce relais provoquerait-il simplement, lorsqu'il était enclenché, l'allumage d'une lampe indiquant que la protection était en service. Si cette lampe s'éteignait, lorsque la machine était en vitesse, le machiniste était averti qu'un dérangement était survenu dans la protection contre les survitesses et devait prendre alors les mesures nécessaires.
La présente invention, a pour objet une nouvelle dispo- sition de surveillance qui permet de provoquer automatiquement l'ar- rêt d'une machine d'extraction électrique, en cas de coupure de son circuit de protection contre les survitesses, par un relais fonction- nant à manque de courant dans ce circuit. Cette nouvelle disposition est d'ailleurs d'application générale, dans tous les cas où un re- lais de protection doit fonctionner lorsque l'intensité d'un courant électrique devient accidentellement nulle ou descend accidentelle- ment au-dessous d'une limite donnée, mais où le relais ne doit ce- pendant pas fonctionner lorsque la dite réduction d'intensité est due à des conditions normales de fonctionnement de l'installation (cas, par exemple, comme on l'a expliqué plus haut, des périodes de démarrage des machines d'extraction).
La nouvelle disposition, objet de l'invention, est es- sentiellement caractérisée, en ce que le relais de protection est contrôlé par un dispositif amplificateur magnétique contrôlé lui- même par deux enroulements à action différentielle, l'un de ces enroulements étant contrôlé par l'intensité du courant dans le cir- cuit de protection, l'autre étant contrôlé par une grandeur choisie dans 'l'installation, de telle sorte qu'elle varie elle-même norma- lement dans le même sens que l'intensité dans le circuit de protec tion lorsque les conditions sont elles-même normales ;
si les condi- tions deviennent anormales (cas, par exemple, de la coupure d'un circuit de protection), l'équilibre entre les actions des deux en- roulements du dispositif à amplificateur magnétique est rompu et le relais de protection fonctionne.
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En se référant aux figures schématiques 1 à 6, ci-join- tes, on va décrire des exemples de réalisation de la nouvelle dis- position de surveillance objet de l'invention. Les moyens de réalisa tion qui seront décrits à propos de ces exemples devront être con- sidérés comme faisant partie de l'invention, étanentendu que tous moyens équivalents pourraient être aussi bien utilisés sans sortir du cadre de celle-ci.
La fig.l est un schéma d'ensemble d'un exemple d'appli- cation de la nouvelle disposition de surveillance au circuit de protection d'une machine d'extraction électrique contre les sur- vitesses.
Les fig. 2 et 3 représentent respectivement le schéma et la diagramme de fonctionnement de l'amplificateur magnétique utilisé dans le contrôle du circuit de protection contre les sur- vitesses.de la fig.l.
...'. Les fig. 4 et 5 représentent respectivement le schéma
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et le diagramme de fonction,nemert, du,dispositifjamp7.ificateurs magné- tiques utilise dans' l'exemple de la fig.1, pour surveiller les man- qaes accidentels de courant dans divers circuits concourant a assu- rer la protection contre les survitesses.
Le schéma de la fige 6'se rapporte à la surveillance des coupures accidentelles dans un circuit de contre-réaction de régulation de tension.d'une génératrice.
, pans l'exemple de la fig. 1, le moteur d'une machin'* dtextraction est représenté en 1, et il est supposé, dans ce ca alimenté en courant continu par une- génératrice, non représentée suivant le montage Léonard. Il entraine, par l'intermédiaire dt câbles et de poulies, les cages qui se déplacent dans le puits. Une dynamo tachymétrique 2 est calée sur. l'arbre du moteur 1 et délivre à ses bornes une tension proportionnelle à la vitesse de ce moteur. qui est utilisée pour agir sur la génératrice non représentée et faire le réglage de la vitesse du moteur 1.
Le circuit de protection contre les survitesses de la
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machine d'extraction comprend le rhéostat 3. La résistance 4 de ce rhéostat est calculée et son curseur 5 est entraîné par l'arbre du moteur 1, par l'intermédiaire d'une transmission quelconque, de telle manièreque, à la pleine vitesse et au ralentissement, la valeur R de la portion de résistance insérée dans le circuit de protection, donne, à chaque instant, une image de la vitesse dési- rée du moteur 1. Ce circuit est alimenté par la tension U, préle- vée entre le point 6, située entre l'induit du moteur 1 et les en- roulements de ses pôlesauxiliaires, et le point 8 d'une résistance
9, point choisi de telle sorte que la tension U soit proportionnel- le, A chaque instant, à la vitesse réelle du moteur 1.
Dans ces conditions, à la pleine vitesse et au ralentissement, le courant
I conserve une valeur constante : I = U/R. Si ce courant I vient à augmenter, c'est que la vitesse' réelle du moteur 1, dont U est une image,! est supérieure à la vitesse désirée,'dont R est une image.
Le courant I, qui peut circuler dans les deux sens,.suivant la pola rité du moteur 1, alimente, par l'intermédiaire d'un pont redres- seur 10, un ampèremètre 11' et les ..bobines 12 et 13 de deux relais qui, en cas d'augmentation du courant I, provoquent, le premier le ra- lentissement, le second, l'arrêt du moteur 1.
Si le , circuit de protection contre les survitesses vient à être accidentellement coupé, le courant 1 reste nul et, en cas de survitesse du moteur 1, l'installation n'est plus proté- gée.
Conformément à la présente invention, on insère en sé- rie dans le circuit de protection, un enroulement 14 qui est par- couru par le courant I et qui constitue l'un des deux enroulements de contrôle d'un amplificateur magné-trique 15. Cet amplificateur 15 comporte un deuxième enroulement de contrôle 16, monté de tel- le sorte, parrapport à l'enroulement '14, que ses ampères-tours soient en opposition avec ceux de l'enroulement 14 et que seule la diffé- rence de ces ampères-tours agisse.
Cet enroulement 16 est alimenté par la tension U, par '!'intermédiaire d'une résistance 17 et d'un pont redresseur 18.
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La @ U, et ,1.et, est telle que, pendant le fonctionnement normal du circuit de protection, elle varie elle-même dans le même sens que le courant I circulant dans le circuit de protection contre les survitesses et contrôlant l'enroulement 14, de telle sorte que à chaque instant, durant ce fonctionnement normal, les ampères-tours des enroulements 14 et 16 se font équilibre; mais si les conditions de fonctionnement du circuit de protectioncontre les survitesses deviennent anormales, par exemple si une coupure accidentelle survient dans ce circuit, l'équilibre entre les am- pères-toursdes enroulenents 14 et 16 est rompu.
L'amplificateur 15, alimenté en 19 en courant alternatif débite dans la bobine 20 d'un relais de protection. Le montage correspondant est représenté à la fig.2. L'alimentation des impé- dances de charge 21 en fait en 19, en courant alternatif. Les en- roulements de contrôle 14 sont magnétisants, c'est-à-dire qu'ils ont tendance à faire monter le courant de débit dans la bobine 20 (flèches dirigées vers le haut). Les enroulements 16, au contraire, sont démagnétisants 'et agissent en sens inverse (flèches dirigées vers le' bas) .
Le diagramme de la fig. 3 représente la caractéristique de fonctionnement de l'amplificateur 15. Les ampères-tours de con- trôle sont portés en abcisses, ceux de l'enroulement 14, AT I, à droite de l'origine 0,. ceux'de l'enroulement 16, AT U, à gauche de l'origine 0.
En ordonnées est portée l'intensité de débit dans la bobine 20, à travers le redresseur sec 22-(fig.2). On voit que les matériaux constituant le circuit magnétique de l'amplificateur 15 et les redresseurs du pont 22 sont choisis de telle sorte que, pour une somme nulle d'ampères-tours de contrôle, le débit dans- la bobine 20 soit suffisant pour attirer l'armature mobile 23 (fig.l) du relais de protection, insérée dans le circuit de sécurité 24, tandis qu'il suffit que les ampères-tours de 16 dépassent très lé- gèrement ceux de 14 pour que le point de fonctionnement de l'ampli- ficateur 15 arrive au point A,, où le débit dans la bobine 2C n'est
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plus suffisant pour attirer l'armature 23.
Tant que, en fonctionnement normal du circuit de protec- tion contre les survitesses, les ampères-tours AT I compensent les ampères-tours AT U, l'armature 23 reste attirée et le circuit de sécurité 24 fermé. Mais si les ampères-tours AT I sont brusquement annulés, par suite d'une coupure du circuit de protection, les am- pères-tours AT U deviennent prédominants et la chute de l'armature
23 provoque l'ouverture du circuit de sécurité 24 qui provoque, à son tour, l'arrêt du moteur 1. Au démarrage, si une coupure existe' dans le circuit de protection de survitesse, il suffit d'une vites- se très faible du moteur 1 pour que l'enroulement 16 produise les quelques ampères-tours démagnétisants suffisants pour faire déclen- cher le circuit de sécurité 24.
La coupure est ainsi immédiatement décelée.
Si, ce'pendant, l'enroulement 16, normalement alimenté par la tension U image de la vitesse réelle du moteur 1, venait à ne plus être alimenté, ' il ne produirait plus d'ampères-tours déma- gnétisants et le dispositif de surveillance précédemment décrit deviendrait inopérant. Il est donc nécessaire de surveiller le manque accidentel de courant dans cet enroulement 16 pour provoquer, lorsqu'il se produit, une signalisation et, éventuellement, l'ar- rêt complet de l'installation.
La tension aux bornes de la dynamo tachymétrique 2 est une autre image de la vitesse du moteur 1. En fonctionnement normal de l'installation, ces deux images varient dans le même sens. Il est donc possible, conformément à l'invention, de les comparer, en opposant leurs effets dans deux enroulements de contrôle d'un am- plificateur magnétique, comme précédemment. En cas de fonctionne- ment anormal, il se produit alors un'déséquilibre dans ces enroule- cents de contrôle.
Conformément à la présente invention, les deux surveil- lances ci-dessus sont effectuées par le même dispositif à amplifi- cateurs magnétiques 25 (fig.l), qui comporte quatre groupes d'an-
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@lements de contrôle schématisés en 26, 27, 28 et 29 et une ali- mentation 30, en courant alternatif, et débite dans la oobine 31 d'un relais de protection. le montage de ce dispositif amplificateur 25 est repré- senté à la fig.4.
Il se compose d'un préamplificateur magnétique double 32 alimentant un amplificateur magnétique simple 33 le préam plificateur double 32 se compose de deux amplificateurs magnétiques' simples 32A et 32B. L'amplificateur simple 32A comporte deux enrou- lements de contrôle montés en opposition 26A alimenté, en série avec l'enroulement 16 (fig.l) de l'amplificateur 15, par la tension U image de la vitesse réelle du moteur 1, prélevée aux bornes du moteur 1 et dont les ampères-tours sont démagnétisants comme l'in- dique les flèches dirigées vers le bas et 27A alimenté, par l'inter médiaire de la résistance 34 (fig.l) et du pont redresseur 35, par la tension T délivrée par la dynamo tachymétrique 2 et dont les ampères-tours sont magnétisants (flèches dirigées vers le haut).
La caractéristique de fonctionnement de l'amplificateur 32A est re- présentée par la courbe CA (en traits interrompus) sur le diagramme de fonctionnement de la fig.5. Sur ce diagramme, les ampères-tours AT U de l'enroulement 26A sont portés en abcisse, à droite de l'o- rigine 0, et les ampères-tours AT T de l'enroulement 27A sont por- tés en abcisse, à gauche de l'origine 0. En ordonnées, sont portés les débits de l'amplificateur simple 32A.
L'amplificateur simple 32B (fig. 4) comporte également deux enroulements de contrôle 26B et 27B montés en opposition et alimentés comme les enroulements 26A et 27A, mais, à l'inverse d l'amplificateur 32A, ce sont, ici, les ampères-tours de 27B qui sont démagnétisants (flèches dirigées vers le bas) et ceux de 268 qui sont magnétisants (flèches dirigées vers le haut). La carac- téristiques de fonctionnement de l'amplificateur 32B est représen@ par la courbe CB (en traits interrompus) sur le diagramme de la fig.5.' Elle est la symétrique de la caractéristique CA de l'ampli- ficateur 32A, par rapport à l'axe des ordonnées, si les amplificat 32A et 32B sont constitués par les mêmes matériaux.
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On aurait pu faire débiter chacun des amplificateurs
32A et 32B dans la bobine d'un relais de protection dont les con- tacts auraient été placés, en série, dans le circuit de sécurité
24. On voit que s'il s'était produit un déséquilibre entre les deux images de la vitesse du moteur 1, par manque accidentel de courant dans le circuit des enroulements 27A et 27B, provoqué, par exemple parl'absence de tension sur la dynamo tachymétrique 2 ou bien par manque accidentel de courant dans le circuit den enroulements
16, 26A et 26B, l'un des deux relais de protection aurait déclen- ché arrêtant ainsi l'installation.
Mais il n'est pas avantageux d'augmenter le nombre de contacts dans le circuit 24. C.' est pourquoi il vaut mieux, suivant l'invention, faire débiter, par l'intermédiaire des ponts redres- seurs 36A et 36B (fig.4), les deux amplificateurs 32A et 32B sur' l'amplificateur simple 33, qui comporte, lui aussi, deux enroule- ments de contrôle, 7A, alimenté par le débit de l'amplificateur 32A et 37B alimenté par le débit de l'amplificateur 32B, et qui débite lui-même dans la bobine 3i d,'un relais de protection par l'intermédiaire du pont redresseur 38. Mais, ici, leµdeux -.;-enroule- ments 37A et 37B sont montés de manière que leurs ampères-tours s'ajoutent et soient constamment magnétisants (flèches dirigées vers le haut).
Dans ces conditions, la courbe C (fig.5), obtenue en ajoutant les ordonnées des courbes CA et CB, donne, en fonction de la différence des ampères-tours AT U et AT T, la valeur totale du courant de contrôle qui agit dans les enroulements 37A et 37B de l'amplificateur 33.
Or l'amplificateur 33 possède une caractéristique de fonctionnement du type de celle de la fig.3. On voit donc qu'il suffit de retrancher des ampères-tours magnétisants fournis par les enroulements 37A et 37B, une quantité constante d'ampères- tours démagnétisants, représentés, par exemple, par l'ordonnée de l'axe XX sur la fig.5, pour que l'intensité de débit dans la bobiné 31 passe d'une valeur élevée à une valeur faible lorsque, à partir du sommet S de la courbe C, on franchit, en parcourant cotte ,.courbe
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les points B ou B', la différence d'ordonnées entre les points B, B' et'l'axe XX représentant les quelques ampères-tours démagnétisants nécessaires pour obtenir le basculement du relais de protection ali menté par le débit de l'amplificateur 33.
Ces ampères-tours démagnétisants (flèches dirigées vers le bas) sont fournis par un enroulement 29 (fig.l et 4) de l'ampli- ficateur magnétique 33 alimenté en courant continu par une source indépendante 39, par l'intermédiaire d'un rhéostat 40 qui permet de déplacer l'axe XX sur la fig.5 en faisant varier les ampères- tours démagnétisants, c'est-à-dire, de déplacer les points B et B' sur :la courbe C.
On voit ainsi que l'armature 41 du relais de protection reste attirée tant que la différence des ampères-tours AT U et AT I ne dépasse pas la valeur a (fig.5, séparant, en abcisse les points B et B' , c'est-à-dire, tant que les .deux images de la vitesse du moteur 1 que ,1' on compare, ne sont pas trop différences. Si l'une de ces images venait à disparaître, l'autre deviendrait prépondé- ,, rante, et l'armature 41 n'étant plus attirée, le circuit de sécuri- té 24 serait déclenché et arrêterait, complètement l'installation.
Il est possible de. faire varier cette valeur a de la différence maximum possible, sans arrêt de l'installation, des ampères-tours AT U et AT T, sans toucher aux ordonnées des points B et B'. Il, suffit de placer sur les amplificateurs simples 32A et 32B (fig.4) des enroulements, respectivement 28A et 28B, magnéti- sants (flèches dirigées vers le haut) et alimentés par la source indépendante 39 (fig.l et 4), à courant continu, par l'intermédiaire du rhéostat 42. L'effet de ces enroulements est d'écarter les cour- bes CA et CB de l'axe des ordonnées (fig. 5) et par conséquent, d'en écarter également les points B et B' de la courbe C, c'es-t-à- dire d'augmenter a.
Si, cependant, l'enroulement 29 (fig.l) venait à ne plus être alimenté, par exemple à cause d'une coupure fortuite, ]Le système amplificateur 25 serait totalement inopérant, les ampère;' - tours de contrôle de l'amplificateur simple 33 étant toujours trop
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élevas pour permettre un basculement de l'armature 41.
Pour se prémunir contre ce danger, suivant l'invention, cn place, en série avec l'enroulement 29, une bobine 43 dont l'ar- mature mobile 44 est en série dans le circuit de sécurité 24. Si l'enroulement 29 vient à ne plus être alimenté, la bobine 43 ne l'est plus non plus et le circuit de sécurité 24 déclenche, arrêtant com- plètement l'installation..
La nouvelle disposition de surveillance, objet de l'jnvention, et son application qui vient d'être décrite protègent ainsi efficacement l'installation d'extraction électrique : - contre une coupure du circuit de protection contre les survi- tesses, - contre une absence de courant dans les enroulements 16 et 26 qui rendrait inopérant l'amplificateur magnétique 15, - contre un manque de courant dans l'enroulement 27 dû à l'absence de tension aux bornes de la dynamo tachymétrique 2 de réglage de vitesse.
L'exemple de réalisation de la nouvelle disposition de surveillance objet de l'invention, représentéà la fig. 6, se rappor- te à la surveillance des coupures accidentelles dans un circuit de contre-réaction de régulation de tension d'une génératrice
Dans cet exemple, une génératrice 45 est contrôlée par une excitatrice, par exemple une amplidyne 46 et débite sur un ré- seau 47. L'amplidyne 46 est sous la dépendance, d'une part, d'un enroulement de référence 48, d'autre part, d'un enroulement de contre-réaction 49, alimenté par la tension existant aux bornes de la génératrice 45.
Si une coupure accidentelle se produit dans le circuit de l'enroulement, de contre-réaction 49, dans le cas où l'enroulement de référence 48 a tendance à faire monter la tension de la généra- trice 45, en particulier si le circuit de l'enroulement 49 est accidentellement coupé au moment de la mise en route de la généra- trice 45, la tension de cette génératrice croit très rapidement et risque d'atteindre des valeurs dangereuses. Il est donc nécessaire
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de surveiller le circuit de contre-réaction, afin (le protéger l'ins- tallation contre les conséquences des coupures accidentelles de ce circuit.
Pour cela, conformément à l'invention, on insère, en série, dans le circuit de contre-réaction, un enrôlement 50, qui est parcouru par le courant- traversant l'enroulement de contre- réaction 49 et qui constitue l'un des enroulements de contrôle d'un amplificateur magnétique 51. Cet amplificateur magnétique 51 com- porte un deuxième enroulement de contrôle 52, monté de telle sorte, par rapport à l'enroulement 50, que ses ampères-tours, soient en opposition avec ceux de l'enroulement 50 et que seule la différence de ces ampères-tours agisse.
Cet enroulement 52 est alimenté par la tension existant aux bornes de la génératrice 45 Cette tension, en effet, est telle que, pendant le fonctionnement normal du circuit de contre-réaction elle varie elle-même dans le même sens''que le courant circulant dans ce circuit de contre-réaction et contrôlant l'enroulement 50, de telle sorte que, à chaque instant, durant ce fonctionnement normal, les ampères-.tours des enroulements 50 et 52 se font équi- libre ; mais si les conditions de.,fonctionnement du circuit de contre.
, réaction deviennet anormales,'.par exemple si une coupure acciden- telle survient dans c circuit, l'équilibre entre.les ampères-tours des enroulements 50 et 52 est rompu.
, L'amplificateur 51, alimenté en 53 en courant alterna- tif et débitant dans la bobine 54 d'un relais de protection, est constitué de la même manière que l'amplificateur magnétique 15 des fig.l et 2. Les enroulements de contrôle 50 et 52 jouent le rôle, respectivement, des enroulements 14 et 16 de l'amplificateur 15, c'est-à-dire que les ampères-tours de l'enroulement 50 sont magné- tisants et ceux de l'enroulement 52 démagnétisants. La caractérisai- que de fonctionnement de l'amplificateur 51 est analogue à celle, représentée à la fig.3, de l'amplificateur 15.
Tant que, en fonctionnement normal du circuit de contre- réaction, les ampères-tours de l'enroulement 50 compensent les
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a@pères-tours de l'enroulement 52, l'armature 55 du relais de pro- tection reste attirée. Lais si les ampères-tours de l'enroulement 50 sont brusquement annulés, par suite d'une coupure du circuit de congre-réaction, les ampères-tours de l'enroulement 52 deviennent prédominants et la chute de l'armature 55 du relais de protection provoque la mise en oeuvre de mesures de sécurité, par exemple arrête le fonctionnement de l'installation.
A la mise en route, si une coupure existe dans le circuit de contre-réaction, il,suffit d'une tension très faible aux bornes de la génératrice 45, pour que l'en- roulement 52 produise les quelques ampères-tours démagnétisants suf fisants pour provoquer la mise en oeuvre des mesures de sécurité.
La coupure est, ici, encore, immédiatement décelée.