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PROCEDE DE REGLAGE DES COURANTS DE COURT-CIRCUIT ET DE SERVICE DES GENERATRICES A COURANT CONTINU, EN PARTICULIER POUR LA SOUDURE PAR ARC, ET GENERATRICE POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE
L'objet de l'invention est un procédé pour le réglage du cou- rant de service d'une génératrice à courant continu, en particulier pour la soudure par arc, ainsi qu'une génératrice à courant continu pour la mise en oeuvre du procédé.
Comme ce réglage présente des avantages particuliers pour des machines à souder, afin de faire mieux ressortir ceux-ci par rapport aux solutions antérieures, ce réglage sera défini ou détaillé en relation avec quelques illustrations des avantages de l'invention.
A l'effet de pouvoir mieux mettre ces avantages en,lumière vis à vis des solutions antérieures, on indiquera brièvement ci-après les con- ditions auxquelles doivent satisfaire les machines de ce genre ainsi que l'état antérieur de la technique.
Dans las machines à souder, les exigences ci-après étaient an- térieurement présentées; bonnes qualités de la soudure, ainsi que
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bonnes qualités dynamiques, c'est à dire: pas de pointes de tension lors d'un court-circuit brusque ou chute rapide de tension par ou- verture du court-circuit, gamme étendue de réglage, réglage à dis- tance, marche économique, faible poids.
La condition ou qualité la plus importante, savoir que la géné.- ratrice ne compacte pas, par rapport au courant de soudure, un cou- rant de court-circuit très élevé, et soit statique ou dynamique, implique une construction particulière de ces machines.
La condition ou qualité précitée doit être assurée dans toute l'étendue du champ de réglage, de façon que des objets ou électrodes fragiles aussi bien que robustes puissent être soudés. Le réglage à distance est de ce fait important, car on obtient ainsi l'assurance que l'opérateur soudera toujours avec le courant approprié. Pour les mêmes raisons, le courant devra autant que possible être susceptible d'une grande finesse de réglage.
Un fonctionnement économique est possible lorsqu'on réalise une soudure sans défaut dans toutes les positions, et donc que la machi- ne possède de bonnes qualités de soudure, est réglable à distance et ne comporte que de faibles pertes aussi bien en charge qu'à vide, Il est possible alors de réaliser une soudure facile, rapide et exempte de défauts, en un temps aussi court et avec une consommation d'éner- gie aussi réduite que possible.
On a déjà proposé toute une série de solutions à ces problèmes, qui constamment toutefois ne satisfont qu'à une partie des conditions ou exigences définies plus haut.
Selon un groupe de solutions, on utilise des machines à courant continu normales, à excitation indépendante ou propre, et plus ou moins d'enroulements anti-compounds bien accouplés sur des pôles principaux ou auxiliaires, ou dans l'induit. Un accouplement entiè- rement satisfaisant, qui est nécessaire pour de bonnes qualités dynamiques, nécessite toutefois des transformateurs accouplés parti- culiers qui sont onéreux et lourds et qui réduisent l'effet utile.
En outre, ces machines nécessitent des excitatrices spéciales ou des redresseurs avec transformateurs, ou des appendices d'enroulements - du moteur à champ tournant d'entraînement de la génératrice -, ce
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qui est également onéreux et compliqué. Em même temps, les spires intéressées du moteur asynchrone sont supplémentairement chargées, de sorte que la sécurité de fonctionnement en souffre. Pour ces rai- sons, ce groupe de solutions ne peut, comme on le voit, être consi- déré comme satisfaisant.
Un deuxième groupe de solutions utilise des machines à courant continu de construction spéciale, dites à champ transversal. Ces machines ne nécessitent pas d'excitatrices, car elles sont la plu- part du temps excitées en série. Elles comportent toutefois quelques inconvénients graves. Ainsi, lors d'un court-circuit brusque, la valeur finale est le plus souvent largement dépassée.
En particulier pour des courants de soudure faibles, la soudure est particulièrement difficile, du fait que le courant, lors du passage de gouttes, présente une allure fortement variable et qu' ainsi le courant de soudure tombe souvent à une valeur tellement faible que l'arc cesse de passer. L'allumage est également difficile car le courant de court-circuit stationnaire est si petit que, par sa rupture, en raison de la faible résistance dynamique, il ne rest@ pas suffisamment de tension de réserve dynamique disponible.
Un inconvénient supplémentaire est la construction anormalement dans dispendieuse, en raison de la construction polaire spéciale, #laquel des le il est difficile d'agencer#pôles auxiliaires, la construction spéciale d'enveloppe ou culasse en tôles minces ou faibles, la dif- ficulté du réglage à distance et la sécurité de pôle insuffisante.
De ce fait, il a jusqu'à présent été nécessaire de prévoir de petits enroulements à excitation indépendante ou auto-excitation, alimentés par une excitatrice ou à partir du réseau par l'intermé- diaire de redresseurs, avec les inconvénients déjà signalés, en morne temps que l'on devait prévoir des dispositifs plus ou moins compliqués tels que la tension à vide n'augmente pas autant, consis tant soit en un enroulement auto-destructeur supplémentaire, ou bien en une conformation spéciale de l'épanouissement ou pièce po- laire et de l'entrefer, en compliquant donc davantage la construc- tion.
Un autre inconvénient est l'excitation de l'induit à l'aide de courants de valeur élevée, qui nécessitent au moins deux groupes
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de balais d'excitation en court-circuit, accroissant encore les per- tes au collecteur et dans l'induit ainsi qu'en tous cas dans les par- ties qui sont les plus influencées par les courants et tensions de grandes valeurs ici en question. En vue d'améliorer les qualités dynamiques, on a proposé une série de mesures qui compliquent et ac- croissent le coût de la construction de ces machines, comme par exem- ple des transformateurs accouplés, l'augmentation de la résistance par l'agencement d'enroulements spéciaux de résistance plus importan- te pour un courant plus faible, éventuellement en série avec des ré- sistances.
Dans l'état actuel de la technique, les machines à champ trans- versal ne peuvent de ce fait être signalées comme appropriées.
Un troisième groupe de solutions, qui intéresse également l'inven- tion, est représenté par les machines dites à pôles fendus ou divisés, dans lesquelles certains ou tous les pôles sont divisés en pôles par- tiels, en même temps que par des balais d'excitation spéciaux le même induit prend différentes tensions, utilisées pour l'alimentation d' enroulements d'excitation.
il est connu d'alimenter tous les pôles, ou tous les pôles de même genre -- soit tous les pôles fendus d'amont ou d'aval -- à l'ai- de de tensions qui sont prises à un balai principal et à un balai auxiliaire, ces tensions restant ainsi constantes ou bien, suivant la construction et la saturation, croissant ou décroissant quelque peu
Il est en outre connu d'alimenter ces pales à l'aide d'enroulements supplémentaires qui sont soit reliés à la différence de potentiel aux bornes, ou bien à des balais dont la tension augmente avec le courant,ou bien encore sont traversés par le courant de travail lui- même.
Le réglage est réalisé de diverses façons: on connait déjà l'introduction d'une résistance dans un ou tous les circuits d'exci- tation; le décalage de balais et en particulier le décalage des seuls balais d'excitation ou de balais principaux et d'excitation, et la modification d'un entrefer dans les pôles. Il est également connu de prendre la tension d'excitation à un potentiomètre réglable relié à deux balais; il est en outre connu, en vue du réglage, de munir d'ap- pendices les enroulements excités en série.
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La difficulté principale réside,dans ces machines,dans l'obtention simultanée de bonnes qualités de soudage et de réglage. En elles-mêmes, ces qualités sont notamment difficiles à réunir. Les pôles fendus principaux,c'est à dire les pôles fendus d'aval, sont notamment le plus souvent établis saturés et ne peuvent de ce fait être réglés, et les pôles fendus d'amont,dit pôles fendus transversaux, ne doivent, pour posséder de bonnes qualités dynamiques, porter aucun enroulement à excitation shunt ou indépendante.
Toutes les solutions qui vont à l'encontre de ceci impliquent de mauvaises qualités dynamiques, sauf lorsqu'elles comportent des transformateurs accouplés ou des enroule- ments accouplés, ce qui est concomittant d'inconvénients déjà indiquée
Pour cette raison, on n'a pu retenir, dans ces machines, que les propositions qui n'utilisent, sur les pôles transversaux, que des en- roulements séries et qui sont réglés à l'aide d'appendices, ce qui, pour les courants importants, est compliqué, dispendieux, et ne convi@ pas pour le réglage à distance. En outre le réglage n'est qu'approxi- matif ou grossier, car les enroulements ne comportent qu'un petit nom- bre de spires.
Pour cette raison on a cherché à transférer le réglage sur les pôles fendus principaux, qui doivent en même temps être pour- vus d'enroulements de compensation, Pareil réglage présente l'inconvé- nient que la machine ne peut être réglée d'une manière stable dans des limites étendues, ou que le courant établi est largement dépendant de l'échauffement de la machine, ce qui est très incommode. Le décalage de balais présente l'inconvénient d'un agencement difficile de pôles auxiliaires qui doivent être ou bien très larges ou bien décalés avec les balais. En outre, ce réglage ne convient pas pour la régulation à distance.
On connaît également une construction dans laquelle une partie seulement du pôle est réalisée sous forme de pôle fendu. Un inconvé- nient de cette proposition est que l'enroulement d'induit doit être cordé de manière que sur une partie du pourtour de l'induit aucune force électromotrice ne puisse être induite.
L'induit est de ce fait mal utilisé, notamment par exemple sur
2/3 seulement , et doit par suite être largement agrandi. Pour réduire dans la mesure du possible l'accouplement en opposition d'enroulements
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shunt et série, les deux enroulements sont ici disposes sur des pôles différents. Pour que, cela étant, le flux à vide suive le trajet dési ré, on doit, sur la racine d'un des pôles fendus, prévoir un entrefer, tel que le flux à vide d'écoule principalement par l'autre pôle fendu à plus petit entrefer.
Comme lors d'un court-circuit la plus grande portion du flux, c'est à dire sensiblement la somme des deux pôles restants doit passer par le pôle fendu comportant un grand entrefer à sa racine, un nombre relativement grand d'ampères tours sont dans ce cas nécessaires. omme en outre l'induction entre la pièce polaire et l'induit sous ce pôle est notablement plus grande que celle sous les deux pôles restants, l'effet utile de la machine est supplémentairement réduit.
Ces machines sont de ce fait comparativement grandes et lourdes et nécessitent également une dépense de cuivre et une perte en cuivre relativement grandes.
L'invention remédie à tous les inconvénients définis et procure malgré ses lignes de force croisées du flux de force partiel, aussi bien à vide qu'en charge, une répartition de flux résultante qui garanti d'aussi bonnes qualités dynamiques qu'un accouplement parfait d'enroulements série et shunt de machines à excitation indépendante.
Le mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en référence à un exemple d'exécution d'une machine à deux pôles qui est représentée dans la fig.l. Naturellement la machine pourrait également être exécutée avec 2 p pôles.
1 désigne l'induit qui porte un enroulement continu bi-polaire pratiquement non cordé.
L'enroulement est relié à un collecteur, non illustré, de sorte que les balais ont été représentés comme frottant directement sur l'induite
2, 4 désignent les balais principaux; 3,5 les balais auxiliaires
L'enveloppe ou culasse 6 porte les deux pôles principaux 7, 9 et les deux pôles transversaux 8, 10.
Pour éviter une induction antagoniste défavorable, M, entre l'excitation shunt -- 11,13 -- des pôles prin- cipaux et les enroulements séries anti-compound -- 12,14 --, il n' est pas prévu d'enroulements d'excitation shunt sur les pôles trans- versaux 8,10,
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Conformément à l'invention, le réglage de l'intensité du courant de service est réalisé de cette façon que le flux magnétique de ± pôles fendue principaux d'une polarité-- par exemple 9 -- est réglé à vide dans de larges limites, par exemple depuis zéro ou de valeurs un négatives jusqu'à#maximum positif, tandis que la grandeur du flux magnétique des pôles fendus principaux de polarité'contraire - 7 -, à vide,
reste constante ou ne varie que peu relativement aux varia- tions du flux magnétique des premiers 2 pôles fendus principaux, en même temps que, suivant le réglage, la valeur réglée à vide du flux des 2p pôles fendus principaux des deux polarités reste constante ou varie peu avec la grandeur du courant en charge.
Ce réglage offre une série d'avantages par rapport aux réalisa- tions connues. Par réglage, sur la valeur maximum du courant de ser- vice, les deux pôles fendus principaux sont complètement excités, de sorte qu'à vide aucun flux ne s'écoule par les pôles transversaux 8,
10. Ce flux n'induirait rien entre les balais 2, 4 et doit par suite être considéré comme flux de dispersion. De ce fait, on n'aug- mente les dimensions de la machine que comme dans les réalisations connues à nombre impair de pôles, où ce flux de dispersion doit âtre combattu en prévoyant de grands entrefers, et dans lesquelles pour franchir ces entrefers en fonctionnement, des ampères-tours en nombre important sont nécessaires.
Par la disposition de l'invention, de grands entrefers ne sont pas nécessaires sous les pôles 8,10, car ces pôles, par excitation symétrique, se trouvent dans un plan équi- potentiel, de sorte qu'il n'existe aucune ligne de force telles que
27, 28. L'utilisation d'ampères-tours est de ce fait réduite aussi bien pour l'excitation du flux à vide que du flux transversal égale- ment, ce qui fait que la perte et la consommation de cuivre sont également réduites.
Comme les pôles transversaux ne comportent aucun enroulement shunt, le flux à vide peut, sans retard du courant de travail, être proportionnellement repoussé dans les pôles transversaux, car il n' est pas étouffé par un circuit fermé, grâce à quoi la répartition des tensions induites dans l'induit s'effectue selon la fig.2.
Dans la fig.2. E32, E54,E43, E25, E42 représentent les tenais
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entre des balais de même désignation. Un accroissement du flux se prc duit par contre dans le courant continu induit dans les enroulements 11 et 13 , ce qui est très favorable, car de ce fait, passagèrement, la tension E23 de l'induit, induite dans la partie 2-3 (fig.2), est plus petite que celle dans l'état stationnaire final , en sorte que l'action anti-compound E43 est relativement plus grande.
Cela signi- fie que la valeur finale statique du courant de court-circuit, malgr l'action d'amortissement des courants parasites, est établie apério- diquement sans excès de la valeur finale, car la résultants de la tension E 42 propulsant le courant est passagèrement plus petite que dans l'état stationnaire final , comme il n'est pas difficile de le remarquer dans les figures 2a - 2d.
Par réglage sur des plus petites valeurs du courant de Service et de court-circuit, l'excitation du pôle fendu principal 9 diminue. On envisage par exemple le cas où l'excitation serait interrompue. Dans ce cas, l'excitation est asymétrique, les rôles transversaux 8, 10 ne sont plus dans un plan équipotentiel et il passe à travers ces pôles un flux plus ou moins important -- lignes de force 27,28, fig.l, sommairement représentées à nouveau fig.3 -- qui ne contribue pas à la tension à vide E42, car ces flux induisent dans une et la même bobine du conducteur d'induit, des tensions qui s'annulent. Ce flux de dispersion concoure toutefois dans une mesure importante à ce que, malgré l'abaissement de la tension à vide, la saturation du pôle 7 ne tombe pas en valeur nominale ,
de sorte qu' un fonctionnement stable est également possible par auto-excitation.
Conformément à l'invention, les enroulements d'excitation du pale 7 qui conduisent des flux plus ou moins constants sont, pour cette raison, excités par les balais 2,3 flanquant ce pale. Comme la réac- tion d'induit tend à renforcer l'excitation des pôles 7,9, on pré- voit, tout au moins sur le pôle 9, un enroulement de compensation 16, car le flux du pôle 7, en raison de sa saturation, qui peut encore être augmenté en prévoyant des étranglements 16, ne peut en tous cas prendre beaucoup.
En charge, il se produit, pour un courant donné, auquel se rappcr te la caractéristique, par exemple la demi-tension à vide, une perte
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de flux, ainsi qu'il est indiqué dans la fig.4. La majeure portion du flux à vide du pôle 7 est déviée dans le pôle 8, tandis qu'une partie des lignes de force, qui, à vide, passaient de 7 vers 9, sont remplacées par de celles allant de 10 vers 9. Comme la flux dans 9 ne s'est pas modifié, à nouveau on ne doit pas s'attendre à une pointe de courant en cas de court-circuit brusque, ceci d'autant moins que la variation du flux dans 10, ou dans des portions de l'enveloppe ou culasse 6, n'introduit, sauf des courants parasites, aucun courant amortisseur dans des enroulements bons conducteurs.
Les courants parasites peuvent être atténués de manière connue, par feuilletage des parties conduisant le flux ou par de faibles épaisseurs des pa- rois de l'enveloppe ou culasse 6. Une amélioration supplémentaire de la tenue dynamique est réalisée, conformément à l'invention, de cette façon que, par détermination correcte de la saturation ou du nombre de spires de l'enroulement compensateur 16, à un courant de fonctionnement ou de régime croissant, est également lié un plus ou moins grand accroissement des flux 7 et 9 dans l'état stationnaire.
Comme déjà exposé, un accroissement brusque des flux des pôles fendus principaux n'est pas possible en raison de l'action amortis- sante des enroulements shunt 11,13, de sorte que de ce fait l'action néfaste des courants parasites des pôles de flux transversaux et de l'enveloppe ou culasse est empêchée. Il est ainsi possible également dans des machines à pôles fendus, sans couplage d'auto-excitation et contre-excitation, d'obtenir des qualités dynamiques parfaites.
Le réglage du flux à vide, donc le réglage de la tension à vide est, conformément à l'invention, assuré de cette façon que l'enroulement d'excitation du pôle fendu principal de la deuxième polarité, dont le flux à vide n'est pas généralement modifié ou tout au moins n'est que peu modifié relativement à la variation du flux du pôle fendu principal de première polarité forme un circuit d'excitation indéper- dant, qui est alimenté par les balais électriques -- 2 et 3 ou 5 et 4-- flanquant le pôle fendu principal avec une tension d'induit proportionnelle à la différence des flux des pôles fendus principaux de polarités 1 et 2, tandis que l'enroulement d'excitation du pôle fendu principal de polarité 1, dont le flux,en vue des modifications
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des valeurs de service à vide,
est réglable dans de larges limites, par exemple de zéro ou de valeurs négatives jusqu'à un maximum pesi- tif, est alimenté soit par les mêmes balais, 2 et 3 ou 5 et 4, flanquant le pôle fendu principal, ou bien par les balais 3 et 5 flanquant les pôles fendus principaux et transversaux de même déno- mination avec une tension d'induit croissant fortement avec la char- ge.
L'alimentation des enroulements d'excitation du pôle fendu prin- cipal 9 par une tension d'induit croissant avec la charge, présente l'avantage que, par un choix correct de l'enroulement de compensa- tion, on obtient des caractéristiques statiques plus raides pour de plus petits courants, pour lesquels cette excitation faiblit ou est interrompue, que pour les plus forts courants, grâce à quoi le champ de réglage est élargi. Les qualités de soudage sont, comme déjà indiqué, égalament améliorées par ce oompoundage indirect.
Le réglage peut, naturellement, être réalisé par réglage des deux enroulements d'excitation. On a toutefois indiqué qu'il suffit de régler uniquement l'enroulement 13, et de connecter le pôle 11 aux balais, directement ou par l'intermédiaire d'une résistance non réglable 17, comme il est représenté dans la fig.l. Il peut être avantageux de rendre la résistance 17 fortement dépendante positive- ment du courant. Antérieurement, il était le plus souvent d'usage, pour le réglage à distance, d'employer un régulateur spécial. Ceci présente toutefois l'inconvénient que le courant peut non seulement être réglé par l'opérateur au poste de soudure, mais également par une main non autorisée à partir de la machine à souder.
Un régula- teur spécial comporte également l'inconvénient qu'il n'est pas tou- jours et en toutes conditions, en situation d'être employé au mo- ment voulu. Cet inconvénient est évité conformément à l'invention, du fait que le régulateur normal 18, fixé sur la machine à souder, est amovible et établi comme régulateur à distance. De cette façon, on réalise les conditions les plus simples et les plus opportunes, car la machine est toujours prête à fonctionner pour le réglage à distance et ne peut être réglée, dans tout le champ de réglage du courant de soudure, qu'à partir du poste de travail.
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Comme, ainsi que déjà mentionné, le flux dans les pôles principaux doit, en cas de court-circuit brusque, être lentement ramené, pour être transitoirement plus petit que dans l'état final stationnaire, il est recommandable d'y appliquer des enroulements en court-circuit, ou bien de fermer sur eux-mêmes en cet endroit des enroulements déconnectés en service. Ainsi on peut, par exemple, conformément à l'invention, pour celles des conditions ou situation de réglage nour lesquelles l'enroulement d'excitation 13 est déconnecté, mettre ce dernier en court-circuit à l'aide du régulateur 18. D'une manière analogue, l'enroulement de compensation 16 peut également, lors des plue forts courants, être mis en court-circuit.
On peut obtenir un élargissement du champ de réglage, du fait que l'enroulement de compensation est inversé dans la direction du courant. Lorsque le courant le plus réduit réalisable n'est pas suffisamment petit, ou bien que la caractéristique statique n'est plus suffisamment raide, la champ de réglage peut être élargi de cette façon que les enroule- ments shunts 12,14, renforçant la réaction d'induit, sont montés sur les pôles transversaux. Ces enroulements ne sont naturellement à calculer que pour de petits ,courants correspondants.
Ces enroulements peuvent aussi n'être logés que sur des pôles transversaux d'une seule polarité, grâce à quoi ces enroulements, en particulier dans les plus petits réglages, peuvent, en raison de l'excitation asymétrique, procurer des qualités plus avantageuses,
Les réglages précédemment décrits sont des réglages purement électromagnétiques, du fait que, par réglage électrique, les qualités magnétiques de la machine sont modifiées de la manière désirée. Il est toutefois possible, sans plus, d'obtenir des modifications magné- tiques désirées par voie mécanique, et de régler de ce fait le champ du courant, sous condition de réaliser également une combinaison des deux systèmes.
On peut par exemple, d'une manière connue an soi, modifier la section des pôles, ou bien l'entrefer dans les pôles 9, 10, par introduction ou retrait de noyaux, ce qui procure deux possi - bilités de réglage électrique simples, ajustables, notamment la con- nection ou déconnection de l'enroulement 13, de sorte que la résistan ce 18 est remplacée par un petit commutateur ou conjoncteur.
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Pour, par excitation asymétrique, procurer une action de réglage aussi grande que possible, il peut être avantageux d'établir diffé- rentes les résistances magnétiques entre les pôles individuels et l'induit, en particulier d'établir plus petit l'entrefer 22 entre le pôle fendu principal de deuxième polarité et l'induit que celui,24, entre l'induit et le pôle fendu principal de première polarité . Pour les mêmes raisons, il convient d'établir les entrefers --23,25 -- en- tre les pôles fendus transversaux et l'induit ou les pôles et la cu- lasse -- 50,57 -- plus grands que celui,22, entre le pôle fendu prin- et l'induit cipal de deuxième polarité mais toutefois plus petit que celui,24, entre le pôle fendu principal de première polarité et l'induit.
En ce qui concerne la compacité de construction, il est en outre recommandable de n'employer qu'un pôle auxiliaire pour chaque 4 pales fendus, et sous condition d'établir la distance entre pôles plus gran de où le courant de travail commute que l'intervalle entre pôles dans lequel le courant d'excitation commute. Pour disposer d'un emplace- ment suffisant pour l'enroulement des pôles auxiliaires, il convient de plus d'espacer les fûts ou tiges des pôles flanquant le pôle considéré, comme il est représenté dans la fig.l.
Comme également dans l'état de court-circuit, en tenant compte que la force électromotrice induite n'est jamais nulle, les flux des pôles fendus principaux sont plus importants que les flux des pôles fendue transversaux et qu'aussi l'état de court-circuit ne perdure pas, il peut être avantageux d'établir l'arc polaire des pôles fendus principaux plus grand que celui des pôles fendus transversaux, en particulier que celui du pôle fendu transversal 10.
Une économie supplémentaire de matière est réalisée de cette façon que la section de l'enveloppe ou culasse n'est pas constante, mais réduite entre les pôles fendus de même polarité, en même temps que des ouvertures apprc priées 30 pour les traversées de courant sont prévues en ces endroits
Conformément à l'invention, la construction sous forme de machine mobile la plus courante est réalisée de cette façon que des essieux des roues et les ressorts en lames de suspension 29 sont agencés de manière à former une partie du trajet magnétique, de sorte que l'en- veloppe ou culasse peut, en ces endroits, être affaiblie ou réduite d'une manière correspondante,