MESURE DE L'ÉNERGIE ET DU RENDEMENT
Evaluation du travail électrique. — Le travail électrique total engendré par une pile ou une dynamo se compose du travail utilisable qu'on recueille aux bornes de l'appareil et des pertes de toute nature inhérentes à l'appareil lui-même. On appelle rendement industriel le rapport entre le travail utile et le travail total dépensé, et rendement électrique, le rapport entre le travail utile et ce dernier augmenté du travail électrique intérieur. Naturellement, le rendement électrique est toujours plus grand que le rendement industriel puisqu'il ne comprend, de toutes les pertes occasionnées par la transformation de l'énergie, que celle.
souvent minime, produite par le passage du courant dans l'intérieur de l'appareil.
L'évaluation de la puissance électrique utile, ou travail utile par seconde, s'obtient par l'une des trois opérations suivantes :
1° Effectuer le produit el, après avoir mesuré l'intensité I dans la portion considérée du conducteur et la différence de potentiel e entre ses deux extrémités ;
2° Effectuer le produit P R, après avoir déterminé l'intensité du courant et la résistance totale du conducteur traversé par ce courant;
3o Effectuer le quotient de ^, après avoir déterminé la différence de potentiel aux extrémités du conducteur, et la résistance totale de ce même conducteur.
Pour obtenir la puissance en kilogrammètres par seconde, il faut diviser par 9,81 chacun des nombres obtenus dans les opérations précédentes, exprimés en unités pratiques.
Mesureurs de puissance électrique. — Il existe quelques appareils qui donnent directement, par une simple lecture, la valeur du travail électrique par seconde qui s'y développe. Leur principe repose sur l'action réciproque de deux bobines placées dans des positions rectangulaires et donnant l'une l'intensité, l'autre la différence de potentiel. Une bobine est fixe, l'autre est mobile, la déviation de cette dernière mesure le produit des deux facteurs, c'est-à-dire le travail électrique par seconde.
En reliant la bobine mobile à un totalisateur, on obtient un compteur de travail par seconde ou voattmèire.
MM. Deprez, Boys, Kapp, etc., ont réalisé des compteurs de ce genre fort intéressants ; mais comme, dans la pratique des ateliers, pas plus que dans les installations d'éclairages électriques, on ne se sert de ces appareils, nous ne les mentionnons que pour mémoire, sans entrer dans aucun détail sur leur construction.
Rendement électrique d'une dynamo. — Le rendement électrique d'une dynamo s'évalue assez facilement; il suffit pour cela
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de connaître la puissance électrique disponible aux bornes de la machine, l'intensité du courant et la résistance à chaud de l'induit et de l'inducteur.
La puissance dépensée dans ces deux organes est égale à PR, I étant l'intensité du courant et R la résistance à chaud des fils de l'inducteur ajoutée à celle des fils de l'induit prise aux balais.
Le rapport entre la puissance disponible et cette dernière augmentée de celle dépensée intérieurement dans les fils donne le rendement électrique de la dynamo.
Rendement industriel d'une dynamo. — Pour déterminer le rendement industriel d'une dynamo, il faut mesurer la puissance mécanique qu'elle absorbe, puis la puissance électrique disponible qu'elle produit, et comparer ces deux valeurs entre elles.
On se sert généralement d'un dynamomètre enregistreur, qu'on interpose entre le moteur et la dynamo pour mesurer la puissance mécanique dépensée, et des instruments que nous avons précédemment décrits, voltmètres ampèremètres et pont de Wheatstone, pour mesurer la puissance électrique aux bornes de la dynamo.
Si l'on désire des mesures purement mécaniques, on construit deux dynamos identiques et on relie leurs bornes par deux fils conducteurs ; le courant de la première machine fait alors tourner la seconde qui produit ainsi du travail mécanique. On mesure la puissance absorbée par la dynamo génératrice au moyen d'un dynamomètre, comme précédemment, et la puissance disponible sur la dynamo réceptrice au moyen d'un frein de Prony. La différence entre ces deux quantités donne la perte subie dans les deux transformations : de mouvement en électricité et d'électricité en mouvement ; et le rapport entre la puissance récupérée et la puissance absorbée par la dynamo génératrice indique le rendementindustriel de la transmission électrique.
Ainsi, pour prendre un exemple, si le dynamomètre indique une dépense de 100 kilogram mètres par seconde, et le frein de Prony, une puissance disponible de 64 kilogrammètres par seconde, le rendement industriel de la double transformation sera
de 0,64. Chaque machine aura un rendement de 0,80, puisque leur emploi combiné donne 0,80 X 0,80 = 0,64 de la puissance totale dépensée.
Le rendement particulier de chaque dynamo est ainsi égal à la racine carrée du rendement de la transmission, la résistance du conducteur intermédiaire étant supposée nulle.
Pour vérifier ces opérations, il est nécessaire de changer de place les dynamos et de les employer alternativement comme génératrice et réceptrice en leur donnant des vitesses dont la moyenne corresponde approximativement à leur vitesse de régime normal :
Mesure du rendement industriel : méthode Hopkinson. — Pour éviter autant que possible les erreurs dans la détermination de la puissance mécanique transmise par la courroie aux dynamos à expérimenter, MM. J. et E. Hopkinson ont imaginé la méthode suivante.
Les deux machines, dont on veut déterminer le rendement industriel, sont accouplées directement par un manchon d'entraînement, de sorte que leurs arbres sont solidaires. Les circuits de ces deux machines sont en outre réunis ; c'est-à-dire que le courant de celle qui fonctionne comme génératrice est envoyé dans celle qui agit comme moteur. Le manchon d'accouplement sert de poulie motrice à laquelle une courroie transmet la puissance nécessaire pour maintenir le système en activité.
Un petit dynamomètre, intercalé entre la machine motrice et les dynamos, permet de déterminer la puissance transmise à la poulie, laquelle quantité correspond exactement à la puissance dissipée dans les deux machines et les connexions.
En mesurant ensuite la puissance électrique produite par le générateur, et la puissance électrique absorbée par le moteur, on peut immédiatement connaître le rendement industriel des dynamos soumises à l'expérience.
Mesure du rendement industriel sans dynamomètre ni frein de Prony. — L'usage du dynamomètre est assez délicat et donae souvent lieu à des mécomptes. Le ressort peut être faussé, le
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totalisateur déréglé, la bande de papier rompue, les crayons mal placés, etc., etc.. Nous avons fait de nombreuses expériences avec cet instrument et nous n'avons pas été une seule fois réellement satisfait des résultats obtenus.
Le frein de Prony, au contraire, est d'un usage très pratique et ses indications sont rigoureusement exactes ; il exige cependant, pour la mesure de la puissance, l'emploi d'un bon compteur de tours, ce qui, pour les grandes vitesses, ne laisse pas que d'introduire quelquefois des erreurs dans les calculs. D'autre part, les instruments galvanométriques, voltmètres, ampèremètres, en usage dans les ateliers de construction, donnent rarement des indications précises ; il est nécessaire, pour les expériences un peu importantes, de les \'érifier chaque jour au moyen d'étalons ou en procédant à des opérations électrolytiques. Toutes ces considérations font qu'il est extrêmement difficile, sinon impossible, de connaître exactement le rendement industriel d'une dynamo à l'aide des procédés usuels.
Voici le moyen que nous avons trouvé pour remédier à ces multiples inconvénients :
Nous nous sommes procuré un voltmètre dont les indications étaient proportionnelles aux chutes de potentiel et restaient telles lors même que les déviations de l'aiguille ne représentaient plus exactement le nombre réel de volts au moment de la lecture. C'était le seul appareil qui méritât un sérieux examen dans nos expériences ; aussi en essayâmes-nous beaucoup avant d'en trouver un dont les déviations fussent rigoureusement proportionnelles.
Deux dynamos de construction identique étaient placées l'une derrière l'autre et reliées entre elles au moyen d'une courroie ; la première recevait le courant d'une troisième dynamo actionnée par une machine à vapeur, et la seconde produisait un courant que nous fermions sur une résistance en fil de maillechort facilement réglable.
A l'aide d'un ampèremètre quelconque, que nous ne prenions même pas la peine de vérifier, nous réglions la résistance par laquelle on faisait passer le courant de la seconde machine, de telle sorte que l'intensité de ce courant et celle du courant qui
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pénétrait dans la première machine fussent égales. Si, par exemple, l'intensité du courant aux bornes du moteur électrique (première machine) était de dix ampères (au cadran de l'ampèremètre), nous augmentions ou nous diminuions la résistance du fil de maillechort, jusqu'à ce que l'intensité du courant de la seconde machine marquât dix ampères sur le même appareil.
. A ce moment, le rendement industriel des deux dynamos actionnées l'une par l'autre était proportionnel aux chutes de potentiel prises aux bornes de la première et aux bornes de la seconde. En désignant par :
I le nombre d'ampères entrant dans la première dynamo, E le nombre de volts aux bornes de cette première dynamo, r le nombre d'ampères recueilli à la sortie de la deuxième dynamo,
E' le nombre de volts aux bornes de cette deuxième dynamo, le rendement industriel pour les deux machines était :
Comme I était égal à 1', on avait K =-pr *
Nous amenions alors alternativement, par un simple jeu de commutateur, le courant entrant dans la première machine, puis le courant sortant de la deuxième machine, aux bornes de notre voltmètre, et les deux indications de l'aiguille nous donnaient im-
médiatement le rapport-^- cherché.
Cette méthode est rapide et simple; elle donne des résultats d'une précision mathématique, n'est sujette à aucune cause d'erreurs et n'exige l'emploi d'aucun appareil compliqué ni coûteux.
Elle ne fournit, d'ailleurs, que la valeur du rendement industriel et ne dispense pas des autres mesures d'intensité, résistance, chute de potentiel et puissance faisant l'objet du présent chapitre.
