La Nature, année 1882. Volume I, pago

réduira à la dépense nécessaire pour faire tourner les balais collecteurs, qui, cela va sans dire, seront actionnés par une dérivation prise sur la distribution même. La transformation du courant aura lieu par commutation électro-magnétique. La nature du courant recueilli sur les balais de Tinduit B dépendra naturellement de son enroulement, de la puissance du courant qui traverse l'anneau Â et de la vitesse des balais.

€ Il sera possible aussi de recueillir des courants alternatifs par une simple combinaison de circuits sur Tanneau B. On exprime ce mode spécial de transformation en disant que, au lieu de faire tourner les anneaux, on fait tourner l'induction. Pour simplifier l'explication, nous avons supposé deux anneaux Gramme concentriques. En réalité, la disposition peut être quelconque.

€ Les deux fils peuvent, par exemple, être roulés sur le même anneau et réalisent ainsi une bobine d'induction à pôles tournants. Les transformateurs peuvent affecter des formes quelconques, carrée, polygonale, elliptique, être constitués par des parties séparées, placées souvent à distance de la commutation magnétique qui a seule besoin d'être régulière et d'une forme déterminée. *

Transformateur Gaolard et Gibbs. — MM. Gaulard et Gibbs ont les premiers donné une forme pratique aux transformateurs basés sur l'emploi de bobines d'induction et de machines à courants alternatifs. Leurs brevets sont postérieurs à ceux de M. Jablochkoff et de sir Charles Bright; mais leurs appareils ont été appliqués industriellement avant tous les autres.

La figure 282 représente un groupe de transformateurs présenté par MM. Gaulard et Gibbs à Londres, en 1883.

Sur un socle en bois se trouvent quatre colonnes également en bois, entre lesquelles se dresse une série de cylindres composés d'un grand nombre de rondelles en cuivre ayant 0",09 de diamètre extérieur et 0",00025 d'épaisseur. Le trou central a environ 0",02 de diamètre. Chaque rondelle est ouverte par une fente radiale dont les bords sont terminés par deux appendices. Les rondelles successives sont reliées, par leurs deux appendices, respectivement aux deux rondelles placées en

dessus et en dessous de celles considérées. Ces liaisons font de l'ensemble des rondelles superposées une véritable spirale en ruban de cuivre ayant autant de spires qu'il y a de rondelles.

Fjg. 282. — Transformateur Gaulard et Gibbs.

Ëatre deux des rondelles de cette première spirale se trouve intercalée une rondelle en cuivre de même forme, et la réunion de ces autres rondelles fournit une seconde spirale, insérée dans la première et isolée d'elle par un vernis qui couvre ses deux surfaces. Les rondelles sont en outre séparées par des feuilles de papier parcheminé .

Dans le vide laissé à l'intérieur des spirales, pénètre plus où moins une tige de fer qui renforce l'effet d'une spirale à l'autre ; et l'on peut modifier cet effet en faisant descendre plus ou moins la tige centrale.

Le courant primaire est fourni par une dynamo à courants alternatifs. Les courants secondaires sont toujours alternatifs.

Les rondelles de la spirale secondaire peuvent être couplées en quantité ou en tension, suivant la nature des effets à produire. Tous les fils primaires sont réunis en série. Chaque fil secondaire constitue un circuit particulier.

Dans les transformateurs Gaulard et Gibbs les plus récents, le noyau en fer est fixe et fermé sur lui-même, de manière à accroître encore l'induction provenant des réactions magnétiques de ce noyau, de sorte que chaque appareil peut être considéré comme formé de deux colonnes analogues à celle décrite ci-dessus, avec les noyaux réunis par deux pièces de fer courbes.

M. Galileo Ferraris, professeur au Muséum industriel de Turin a fait, sur la théorie des transformateurs Gaulard et Gibbs, un très beau rapport dont nous extrayons quelques renseignements, afin de donner une idée exacte de la valeur de ces

appareils.

Les données principales sur le transformateur soumis aux expériences sont les suivantes :

Nombre des disques de rhélice primaire 455

— — secondai p»* 455

Diamètre des disques H 4 ■/"

— du trou central 54 «/■

Épaisseur des disques de cuivr-. 0,25"/*

Hauteur de la colonne 610 ■»/"»

Poids toUl du cuivre des disques 18,280 kg.

— de Tapparell environ. 20 kg.

Nombre des parties égales constituant la division de rhélice secondaire 4

Résistance de l'hélice primaire à la température

de 130 0,276 olim.

Résistance de rhélice secondaire à la même température lorsque les quatre parties sont réunies en

circuit simple <>»286 ohm.

TRANSFORMAlTEUKS. 469

iDtensité du courant primaire avec laquelle Tappareil doit fonctionner habituellement et avec laquelle il a fonctionné pendant les expériences environ. 12 ampères.

La machine dynamo-électrique Siemens qui fournissait le courant primaire faisait, pendant l'expérience, en moyenne 670 tours par minute. Les bobines mobiles de la machine étaient au nombre de 24 ; on avait donc 16080 inversions de courant par

Fig. 283. — Principe du transforroatear Zipernowsky.

minute, c'est-à-dire 268 par seconde. La machine était commandée par un moteur à vapeur de 140 chevaux, actionnant en même temps d'autres machines. Ceci donnait souvent lieu à des variations sensibles qu'on n'a jamais pu éviter complètement.

M. Ferraris a fait ses expériences en substituant au transformateur une résistance sans self-induction, telle que la différence de potentiel entre ses extrémités fût la même que celle qui existait entre les bornes du transformateur, et en mesurant au moyen d'un calorimètre l'énergie dépensée sous forme de chaleur dans cette résistance.

Dans ces conditions le rendement utile est resté sensible-

ment égal à 92 pour 100; c'est là, il faut en convenir, un très beau résultat qui fait grand honneur à MM. Gaulard et Gibbs.

Transformateurs Zipernowsky. — Ces appareils, dus à la collaboration de MM. Zipernowsky, Déri et Blathy, diffèren t des transformateurs Gaulard et Gibbs par leur forme extérieure, par leur construction intérieure et par les moyens de régler la dépense de la dynamo génératrice.

Fig. 284. — Transformateur Zipernowsky (1" disposition).

En principe le transformateur Zipernowsky comprend un noyau de fer doux (Fig. 283) présentant la forme d'un cadre fermé sur lequel sont enroulés alternativement les fils inducteurs P P' et les fils induits S S'.

Les inventeurs ont généralement adopté la disposition préconisée par M. Gramme (Fig. 28à). Dans cette bobine, le fer massif est remplacé par un faisceau de fils de fer doux, et les sections de rang pair a sont couplées pour former le circuit inducteur PP', tandis que les sections de rang impair 6, également couplées, constituent le circuit induit S S'.

Dans un autre type (Fig. 285), les inventeurs ont composé le

noyau central avec des fils de cuivre isolés formant deux ou plusieurs hélices. Ces fils sont plies en cercle, entourés d'une enveloppe isolante et finalement bobinés avec du fil de fer fin et isolé. Les courants primaire et secondaire circulant dans les fils de cuivre ainsi que les lignes de force circulant dans les fils de fer se coupent à angles droits. Les fils de fer sont vernis et garnis de coton ; ils servent, non seulement comme conducteurs magnétiques, mais encore comme enveloppe protectrice pour les fils de cuivre, dont les extrémités S S' et P P' sortent par une fente ménagée à travers ladite enveloppe.

Fig. 285. — Transformateur Zipernowsky (2« disposition).

Ce que MM. Zipernowsky, Déri et Blathy revendiquent le plus particulièrement dans leurs combinaisons, c'est l'établissement de leurs transformateurs en dérivation et le maintien d'une différence de potentiel constante entre les bornes du courant primaire. A cet effet, ils ont placé dans le circuit excitateur une source indépendante de courant, fournie par un petit transformateur appelé compensateur, dont l'intensité n'est pas constante mais dépend directement du courant principal. Ce compensateur a deux hélices, l'une traversée par le courant principal, l'autre intercalée dans le circuit excitateur.

47î ÉCLAIRAGE A L'ÉLECTRICITÉ.

La figure 286 montre l'aspect extérieur d'un transforaiateur Zipernowsky. A et B, C et D sont les bornes auxquelles aboutissent les extrémités des fils primaire et secondaire.

M. Galileo Ferraris, d'une part, et MM. Peukert et Keckler, d'autre part, ont fait de nombreuses expériences sur cet ingénieux transformateur, et leurs conclusions méritent d'être reproduites

M. Ferraris a comparé les appareils à rondelles superposées et les appareils annulaires, et il est arrivé à démontrer que les premiers étaient inférieurs aux seconds.

Fig. 286. — Transformateur Zipernowsky (vue extérieure).

« Les comparaisons que nous venons de faire, dit en terminant réminent savant italien, suffisent à démontrer que la forme du transformateur annulaire est de beaucoup supérieure à celle des transformateurs à disques ; et ceci s'explique aisément, car on peut démontrer a priori que la forme annulaire est, non seulement rationnelle, mais encore qu'elle est peut*être la meilleure de toutes celles que l'on pourrait imaginer à l'effet d'obtenir de grands coefficients d'induction avec de petites résistances et de faibles poids de cuivre. »

Voici, d'après VÉleciririeny les principales données du transformateur étudié par MM. Peukert et Keckler :

Puissance; itiOO watts effectifs.

Différence de potentiel aux bornes du circuit

primaire 300 volts.

Alternativités 100 par seconde.

Résistance : circuit primaire 0,9/i3 ohm.

— circuit secondaire 0,107 —

Coefficient de transformation 1/5.

Les courants alternatifs étaient produits par une machine Siemens avec 8 induits en tension, excitée par une machine Schuckert à anneau plat.

La mesure des intensités a été prise cpntradictoirement avec un électro-dynamomètre Siemens et avec un calorimètre.

Ce calorimètre était composé d'un double 61 de maillechort enroulé en spirales de 71 millimètres de diamètre (R^^l,66 ohm à 15^ centigrades). Cette double spirale traversait un tube de cuivre à parois épaisses, de 16 centimètres de diamètre et 22 centimètres de hauteur, établi sur un socle en bois. Les extrémités des fils calorimétriques venaient aboutir à des bornes isolées, après avoir traversé le couvercle du calorimètre dans lequel était ménagée une ouverture permettant l'introduction d'un thermomètre. Le liquide employé était de l'eau distillée. L'ensemble du calorimètre était protégé du refroidissement par une enveloppe isolante en flanelle.

Le rendement du transformateur étant le rapport du produit e i de la différence de potentiel aux bornes et de l'intensité du courant pour le circuit secondaire, au produit E I, relatif au circuit primaire, on a déterminé très exactement ces quatre quantités.

L'eau du calorimètre a été pesée avec soin; la chaleur spécifique du cuivre a été prise égale à 0,095. Pour la mesure de la résistance du calorimètre, la résistance du liquide a été déterminée aux températures initiale et finale, et la résistance spécifique du maillechort a été calculée sur la base d'une variation de 0,046 pour 100 par degré centigrade. L'intensité a été déterminée par les méthodes calorimétriques connues. Les résultats fournis par le calorimètre ont d'ailleurs concordé 'd'une façon satisfaisante avec ceux accusés par l'électro-dynamomètre.

Le tableau suivant résume les chifiGres moyens résultant d'un grand nombre d'expériences :

COURANT

p. RM.

COURANT

PUISSANCE

pnmaire.

primaire.

•econdaire.

secondaire.

reçue.

rendue.

Ampèras.

Volti.

Volt».

Watts.

ta P.

Transformateurs DiehI. — Les transformateurs de M. Diehl font partie intégrante des lampes.

L'ampoule de ces lampes consiste en deux cylindres de verre fermés par un bout et introduits l'un dans l'autre. Les extrémités libres sont soudées ensemble à la lampe d'émailleur.

Le cylindre intérieur est garni d'une grande quantité de spires de fil fin, isolées entre elles et supportant le filament à leurs bouts libres. Dans l'espace central (à l'intérieur du petit tube), se trouve une tige en fer garnie de quelques spires d'un gros fil, dont les extrémités sont reliées aux bornes de la lampe.

En mettant ces bornes en communication avec un générateur d'électricité à courants alternatifs, on induit dans les spires de fil fin des courants ayant assez de tension pour porter le filament à l'incandescence.

Pour éviter l'emploi de courants alternatifs et pour pouvoir placer sur un même circuit des régulateurs à arc et des lampes à incandescence, M. Diehl a récemment imaginé un interrupteur qui, animé d'un mouvement rapide de rotation, envoie alternativement dans deux circuits spéciaux des courants variables, et cela sans que le courant principal sur lequel sont placés les régulateurs soit jamais interrompu.

La rotation de cet interrupteur crée des variations de courant dans les bobines primaires, et celles-ci, à leur tour, indui-

sent des courants secondaires qui traversent les lampes et produisent l'éclairage à incandescence.

Dans ses nouvelles lampes (Fig. 287), l'inventeur place leîfil

Fig. 287. — Transformateur Diohl.

inducteur P autour du cylindre L et il dispose dans l'espace intérieur A, un noyau en fer I muni d'une tige R et d'une vis G, servant de régulateur et de robinet de fermeture. Le filament F est relié au fil induit. L'enveloppe E repose sur le support BB.

Transformateurs Paris et Scott. — L*appareil combiné par MM. Paris et Scott est caractérisé, comme celui de M. Gramme, par un anneau muni de deux enroulements dont les électroaimants sont excités en dérivation aux bornes du circuitsecondaire.

Pour faciliter la mise en marche, les inventeurs ont ajouté quelques tours de conducteur primaire sur les noyaux de l'inducteur.

Le nombre des tours du circuit primaire dans Tinduit est quatre fois aussi considérable que celui du circuit secondaire, la section du fil primaire est, par contre, trois fois plus faible que celle du fil secondaire.

Voici le résultat d'une expérience faite en 1887, à Newcastle, sur un transformateur Paris et Scott :

Watts absorbés par le conducteur primaire 3612

— dépensés en chaleur dans le conducteur primaire. 160

— — — dansle conducteur secondaire. 111

— — — dans les électro-aimants .... 132

— — en frottements 110

1 otal des pertes 513

Watts recueillis dans le conducteur secondaire 3099

Le rendement commercial était donc de 86 pour 400.

Transformateur Edison. — M. Edison a imaginé plusieurs dispositions de transformateurs à courant continu, en employant soit des anneaux Gramme à double enroulement, soit des bobines primaires et secondaires enroulées par paires sur des anneaux en /er. Dans ce dernier cas, les balais primaires tournent autour des collecteurs ; le courant primaire est renversé deux fois par tour dans chaque bobine et un courant est induit dans les bobines secondaires. Ce courant est recueilli par une série de balais fixes.

Transformateurs Westinghouse. — La Compagnie Westinghouse, qui possède les brevets Gaulard et Gibbs pour les États- Unis, a étudié une série d'appareils : dynamos, transformateurs, brûleurs, etc., pour utiliser pratiquement les courants alternatifs à hauts potentiels à l'éclairage public et privé.

Parmi ces appareils nous nous bornerons à mentionner les

transformateurs (Fig. 288, 289, 290 et 291) qui sont d'une construction économique et d'un emploi commode.

Les bobines primaire et secondaire sont placées côte à côte; les lignes de force sont concentrées par une carcasse en

Fig. i88. Fig:. 289.

Transformateur Westinghouse.

fer doux, formée d'une série de plaques minces découpées dans des tôles et introduites dans les bobines au moyen du relèvement de deux branches (Fig. 288), abaissées dès que la pièce

Fig. 290.

Détails du transformateur Westinghouse.

Fig. 291.

est en place. Les joints sont alternés. Les tôles sont séparées Tune de l'autre et isolées au moyen de papier verni ; elles sont ensuite réunies par deux plaques de fonte et serrées fortement au moyen de quatre boulons.

Ainsi constitués, ces transformateurs sont renfermés dans des boites en fonte, bien closes. Les bornes des deux circuits aboutissent dans deux chambres séparées auxquelles deux regards donnent accès. Les coupe-circuits et les manchons de connexion sont également placés dans ces boites.

Lorsque les conducteurs sont aériens, les transformateurs sont fixés au sommet de candélabres en fonte d'un très bel aspect. Les deux fils supérieurs, peu accessibles au public, appartiennent au circuit primaire à haute tension. Les deux fils inférieurs, plus faciles à aborder, appartiennent aux circuits secondaires à faible chute de potentiel.

Transformateurs divers. — Il existe encore une foule de combinaisons ayant le même but ; mais peu sont appliquées dans l'industrie. Nous nous bornerons à mentionner, pour terminer ce chapitre, les appareils Kennedy à anneau Pacinotti; ceux de Dick, composés de tôles rectangulaires enfilées dans une bobine ; ceux de Ferranti, constitués au moyen de lames minces recourbées par dessus et par dessous les bobines et formant un excellent circuit magnétique ; et ceux de Jehl et Rupp, à courants continus, formés d'un anneau primaire Gramme et d'un tambour secondaire Siemens, le second introduit dans l'intérieur du premier et animé d'un mouvement de rotation.

Distributions avec l'emploi des transformateurs. — La distribution des foyers peut, avec l'emploi des transformateurs, se faire en dérivation, en série, ou suivant un montage mixte.

Dans le système en dérivation, chaque transformateur fonctionne comme une dynamo compound fournissant le courant sous potentiel constant. Deux conducteurs principaux partent de la dynamo, et les transformateurs se trouvent disposés en dérivation sur ces conducteurs, puis chacun d'eux alimente séparément un groupe de lampes. L'inconvénient de ce système est de mettre hors d'action toutes les lampes d'un groupe si un des transformateurs se détériore. Pour y remédier, il suflTit d'employer plusieurs transformateurs branchés sur les conducteurs principaux et de réunir les circuits secondaires de chaque groupe.

M. Kennedy, pour éviter la construction de dynamos à haut potentiel, se sert de dynamos à faible tension et élève cette tension au moyen d'un premier transformateur qui envoie le courant primaire dans la canalisation.

Dans le système en série, tous les transformateurs sont placés en tension sur le circuit primaire, et les lampes en tension sur le circuit secondaire.

Les lampes employées doivent être alors à faible tension et à fort courant, comme celles de M. Bernstein, par exemple.

Pour les régulateurs à arc voltaïque, le montage en série donne de bons résultats et son installation est très économique.

Le système mixte consiste à placer les transformateurs en série sur le circuit principal, et les lampes en dérivation aux bornes du circuit secondaire.

Pour que le potentiel reste constant aux bornes du circuit secondaire, il faut que la résistance ne change pas, ce qui force à remplacer chaque lampe éteinte par une résistance équivalente.

Quand le nombre des lampes allumées dans les circuits secondaires ne varie jamais, le système mixte et le système en série deviennent identiques. Il suffit pour cela d'allumer et d'éteindre en une seule fois toutes les lampes dépendant du même transformateur.

Au lieu d'une résistance métallique remplaçant une lampe qu'on éteint, il est préférable de mettre une bobine à selfinduction considérable, jouissant de la propriété d'empêcher le passage des courants alternatifs par la force contre-électromotrice qu'ils créent, et cela avec une perte d'énergie insignifiante.

Cette curieuse propriété de la self-induction des bobines a été mise en pratique pour la première fois par M. Gordon en Angleterre et par M. Elihu Thomson en Amérique; elle conduit à une grande économie dans l'établissement des conducteurs secondaires, lorsqu'on adopte le système mixte pour le montage des appareils.

Nous n'insistons pas davantage sur l'intéressante question des transformateurs, parce que l'expérience ne s'est pas encore

480 ÉCLAIRAGE A LÉLEGTRICITË.

suffisamment prononcée sur l'emploi industriel de ces appareils; nous devons toutefois faire remarquer qu'ils constituent une des parties les plus originales du matériel électrique et que l'avenir des grandes distributions d'éclairage leur est probablement réservé.