Vers la fin de

développait de faibles couranls qu'on obligeait à traverser les tîls des électro-aimants avant d'arriver au circuit extérieur ; ces premiers courants augmentaient l'intensité des pôles de l'inducteur et, par suite, celle de leur champ magnétique. Sous l'influence

Fig. 37. — Machine de Wilde.

de cette augmentation dans raclion magnétique, les courants devenaient de plus en plus énergiques et renforçaient progressivement les pôles. Ceux-ci atteignaient, en quelques secondes, leur maximum d'intensité, et le champ magnétique, devenu normal, faisait débiter à l'induit tout le courant dont la dynamo était

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£st-il rien de plus merveilleux que cette succession ininterrompue de phénomènes, que ces réactions du magnétisme sur le courant électrique, et réciproquement, que cette transformation de deux formes essentiellement différentes de Ténergie, sans autre intermédiaire que des pièces métalliques tournant devant d'autres pièces métalliques?

Pour qu'une semblable machine puisse fonctionner, il faut naturellement admettre qu'elle a déjà fonctionné ou que ses électro-aimants ont reçu une première excitation, soit à l'aide d'une pile, soit à l'aide d'une autre dynamo; c'est ce qui a lieu ordinairement. Cependant, il suffit souvent de toucher les électroaimants avec un aimant permanent, ou de les placer dans une position parallèle à l'axe magnétique de la terre, pour provoquer mi magnétisme initial et permettre au courant d'atteindre son régime normal. Beaucoup de dynamos s'amorcent d'elles-mêmes, sans qu'on les ait orientées avant de les mettre en marche : la composante du champ magnétique terrestre qui agit sur elles est presque toujours suffisante poiir magnétiser tant soit peu l'inducteur.

11 y a plusieurs moyens d'exciter les inducteurs par le courant de la dynamo ; les plus usités sont désignés sous les noms de :

excitation en série, excitation en dérivation, et excitation mixte ou cornpowid.

Excitation en série. — L'excitation en série consiste à intercaler les spires de l'inducteur dans le circuit principal (Fig. 38) . On a ainsi un circuit unique, comprenant l'induit, l'inducteur et les appareils utilisant le courant.

Le nombre des spires à enrouler sur les noyaux et le diamètre du fil à employer sont déterminés suivantes :

Fig. 38. — Excitation en série.

d'après les considérations

Le champ magnétique a une valeur d*autant plus grande, eu dehors de la pureté du métal de l'inducteur, que le fil enroulé sur les noyaux de l'inducteur est plus long, et qu'il est traversé par un courant plus intense.

L'intensité du courant, dans le cas de l'excitation en série, est connue, puisque c'est celle qui est exigée par le travail extérieur que l'on a en vue; la longueur du fil est variable pour chaque disposition d'ensemble de la dynamo ; sa détermination constitue un travail expérimental, fait préalablement par le constructeur lorsqu'il veut adopter une forme d'inducteur. On peut donc considérer ces deux éléments, intensité du courant et longueur du fil, comme donnés, et se borner à calculer le diamètre de ce fil pour chaque cas particulier.

La force électromotrice d'induction est proportionnelle à la longueur du fil de l'induit qui passe devant les pôles par unité de temps ; cette force électromotrice diminue un peu en traversant les fils de l'induit, de sorte que la différence de potentiel existant entre les deux frotteurs qui recueillent le courant est plus faible que la dite force électromotrice. Le passage du courant à travers l'inducteur augmente la chute du potentiel, et constitue une perte de puissance, d'autant plus petite que la résistance des fils des électro-aimants est elle-même plus petite. La section du fil doit donc être aussi grande que possible, si l'on considère uniquement le meilleur rendement de transformation de la puissance mécanique en puissance électrique utilisable ; mais, d'autre part, le prix du fil croît avec sa section, et, comme ce prix représente une fraction notable du coût total de construction des dynamos, il est utile de le faire entrer en ligne de compte. Dans la pratique, pour calculer la section du fil, on considère surtout l'élévation de la température produite par le passage du courant, et, suivant que l'épaisseur des spires permet un refroidissement plus ou moins actif, on fait passer de quatre à deux ampères par millimètre carré dans le fil de l'inducteur.

Dans les machines à anneau cylindrique en fer, on obtient un champ magnétique d'autant plus puissant, avec la même longueur de fil sur l'inducteur, que les surfaces polaires et le noyau induit sontplus rapprochés, end'autres termes, quel'^/i/ré'/îprestpluspetit.

GÉNÉRATEURS MÉGANIQUES D'ÉLECTRICITÉ.

Changement de polarité dans les dynamos excitées en série. — Il peut arriver, lorsque l'appareil utilisant le courant extérieur développe une force électromotrice, que celle-ci devienne supérieure à celle de la dynamo. Ce phénomène, qui est assez fréquent dans les opérations d'électrolyse et dans la charge des accumulateurs électriques, amène un changement de sens du courant et de la polarité dans les électro-aimants. Le pôle Nord prend la place du pôle Sud, et réciproquement, de telle sorte que, même après la disparition de la cause qui a produit le changement, le courant continue à aller dans un sens contraire au sens primitif, ce qui, dans certains cas, peut avoir de graves inconvénients.

Pour parer à ces inconvénients, M. Gramme a imaginé un appareil qui rompt le circuit avant que le changement de polarité ait pu s'effectuer; mais le meilleur moyen d'éviter des inversions dans le sens du courant consiste à mettre l'inducteur en dérivation, au lieu de l'intercaler dans le circuit principal.

Fig. 39. — Excitation en dérivation.

Excitation en dérivation. — On obtient l'excitation des inducteurs en dérivation en enroulant un fil très long et de faible section autour des noyaux de l'électro-aimant, et en rattachant les extrémités du fil aux frotteurs (Fig. 39).

Sur les frotteurs se trouvent ainsi branchés deux circuits : le premier, comprenant l'induit, le conducteur et les appareils utilisant le courant; le second, les deux branches de l'inducteur.

La longueur et la section du fil dérivé sont fournies par l'expérience.On sait, par exemple, qu'en employant un électro-aimant d'une forme déterminée, il faut dépenser le vingtième du courant total pour obtenir un champ magnétique donné ; on prend un fil vingt fois plus long et d'une section vingt fois plus petite que celui employé dans l'excitation en série, et on arrive à un

résultat à peu près identique, c'est-à-dire à la même quantité d'énergie dépensée et au même poids de fil employé.

Avec cette disposition, les deux circuits étant indépendants, le renversement accidentel du courant principal ne peut pas amener le changement de polarité dans les noyaux de l'électroaimant, et, par suite, la production par la dynamo d'un courant ayant un sens anormal. Il suit de là que l'excitation en dérivation est préférable à l'excitation en série, chaque jois qu'il peut se produire, dans le circuit, une force électromotrice inverse capable de renverser le sens du courant extérieur.

Influence du mode d'excitation sur le débit. — § I- — Excitation en série. — Soit E la force électromotrice développée par une dynamo excitée en série, R la résistance extérieure du circuit, r la résistance intérieure de la dynamo, et I l'intensité du courant.

Nous aurons, d'après la loi d'Ohm :

Si R vient à augmenter pour une cause quelconque, I deviendra plus petit. Le courant envoyé dans l'inducteur s'affaiblissant, le champ magnétique diminuera, et la force électromotrice E deviendra moindre, ce qui sera une nouvelle cause de décroissance pour I. Au contraire, quand R diminue, la force électromotrice et l'intensité du courant augmentent. La résistance intérieure, dans les deux cas,. reste invariable, et, comme elle généralement beaucoup plus faible que la résistance extérieure, elle influe peu sur les conséquences des changements de celle-ci.

§ II. — Excitation en dérivation, — Quand les électro-aimants sont excités par un circuit dérivé, et que la résistance extérieure R augmente, l'intensité du courant qui traverse la dérivation augmente; le champ magnétique devient plus puissant, et la force électromotrice E croit relativement plus que R, de sorte que l'intensité I augmente. Les trois termes I, E et R croissent donc .en même temps, r seul reste naturellement invariable ;

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mais, comme il est beaucoup plus élevé, par rapport à R, que dans le cas précédent, son influence dans le dénominateur est principalement de réduire la proportionnalité de Taugmentation de R gar rapport à celle de E du numérateur.

Excitation mixte ou compound. — Les considérations qui précèdent montrent que les deux modes d'excitation en série et en dérivation jouissent de propriétés différentes ; mais qu'ils ne permettent, ni l'un ni l'autre, d'obtenir une différence de potentiel constante aux bornes, par exemple, quand la résistance extérieure éprouve des variations. Les variations de différence de potentiel étant de sens opposés pour les deux modes d'excitation, on comprend qu'il suffit de combiner les deux systèmes pour annuler, ou tout au moins pour réduire dans une grande mesure, ces variations.

C'est ce qu'on fait dans les dynamos dites compound (Fig, 40).

Les noyaux des électro-aimants sont enroulés d'abord d'un gros fil qui reçoit le courant total, puis d'un fil fin, ne laissant passer qu'une faible partie de ce courant. L'effet de ces deux enroulements est de maintenir la différence de potentiel constante aux bornes, quand la résistance varie.

Le gros fil peut être enroulé directement sur les noyaux, et le fil fin par dessus le premier; on peut également commencer par enrouler le fil fin et terminer par le fil gros, ou bien encore, placer le fil fin à une extrémité du noyau, et le fil gros à l'autre extrémité. Chaque constructeur choisit le système qui convient le mieux à son genre de fabrication et détermine par expérience les quantités proportionnelles des fils, gros et fin, qui procurent le moins de variations dans la différence de potentiel aux bornes.

L'enroulement compound n'est pas sans inconvénients ; il force à donner rigoureusement à l'induit une vitesse déterminée

Fig. 40. — Excitation compound.

d'avance, et à conserver cette vitesse sans aucun changement pendant la marche pour maintenir une différence de potentiel constante aux bornes de la machine ; son emploi occasionne une dépense un peu plus grande d'énergie pour l'excitation ; son prix d'établissement est plus élevé que celui des autres modes d'excitation ; avec une vitesse irrégulière ou différente de celle déterminée pour le régime indiqué, il ne remplit plus son but et donne lieu à des étincelles qui usent rapidement les collecteurs, etc., etc. Malgré ces inconvénients, comme, dans les applications d'éclairage par incandescence, il préserve les lampes d'une destruction hâtive, qu'il permet d'éteindre un nombre quelconque de lampes sans que les autres en soient influencées, son emploi a pris récemment une grande extension.

Il existe d'autres moyens que l'excitation compound pour rendre ladifTérence de potentiel invariable, et même pour rendre l'intensité du courant constante, quelles que soient les variations de la résistance extérieure ; mais leur description nous entraînerait trop loin et ne serait pas à sa place dans ce chapitre. Nous aurons l'occasion de revenir sur ce sujet quand nous décrirons les divers systèmes de dynamos employés dans l'industrie.

Métal des inducteurs. — Le métal des noyaux, et, en général, de toutes les parties métalliques de l'inducteur a une grande influence sur la puissance de la dynamo ; ce métal est d'ailleurs toujours du fer ou de la fonte de fer ordinaire, très rarement de l'acier ou de la fonte malléable.

Le fer doux le plus pur possible a l'avantage de donner au champ magnétique une intensité beaucoup plus grande pour une longueur de fil et une intensité de courant moindres. La fonte étant moins magnétique a besoin d'être plus volumineuse, à champ magnétique égal, et elle exige 30 à 50 pour 100 de fil de cuivre en plus sur les ngyaux.

Certaines considérations de poids, de rendement et de prix de revient peuvent faire donner la préférence à l'un ou . l'autre métal. Quelques constructeurs combinent la fonte et le fer, en faisant les noyaux en fer, la culasse et les épanouissements polaires en fonte. M. Gramme fait généralement ses inducteurs

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en foDle, et M. Edison construit ses noyaux en fer et le reste en fonte.

Si la fonte employée dans les noyaux a Tinconvénient d'exiger plus de fil et de courant pour l'excitation, elle a, par contre, Tavantàge de prendre son état normal de magnétisme plus facilement et de le conserver plus constant sous TinQuence de légères variations dans la vitesse de Tinduit.

Forme des électro-aimants. — II est impossible de décrire toutes les formes données aux inducteurs dans les dynamos industrielles; certains constructeurs ont étudié et mis en vente jusqu'à vingt types différents ; le goût des nations a eu son influence sur l'aspect extérieur des machines; les dimensions elles-mêmes, qui, pour satisfaire des besoins de plus en plus étendus, se sont con* sidérablement accrues, ont imposé des changements importants dans la disposition des noyaux et des bâtis. 11 existe aujourd'hui plusieurs centaines de dynamos ayant des formes sinon originales, du moins assez différentes entre elles pour ne point être confondues à première vue.

Malgré cette immense variété de combinaisons dans les formes, et cette tendance des nouveaux venus parmi les industriels électriciens à donner à leurs dynamos un aspect extérieur qui leur imprime une sorte de marque de fabrique, la plupart des inducteurs peuvent être ramenés à trois groupes seulement :

l** Les inducteurs à pôles simples (Fig. 38, 39 et 40) ;

2° Les inducteurs à pôles doubles (Fig. 41), qui sont composés de deux inducteurs à pôles simples opposés (pôles de même nom réunis par des pièces polaires uniques) ; dans cette disposition, les enroulements sont faits de manière à créer des pôles différents dans les deux pièces polaires enveloppant l'induit ;

3^ Les inducteurs multipolaires, c'est-à-dire ceux qui renferment plusieurs paires de pôles et n'influencent qu'un seul induit (Fig. 43):

En 1881, M. Gramme exposait au Palais de l'Industrie une série de dynamos dont nous représentons ci-contre les principales formes.

La figare 41 montre l'inducteur de la machine type normal^ étudiée en 1872 et construite depuis à plus de 15000 exemplaires. Sa forme est encore aujourd'hui adoptée par plusieurs constructeurs français et étrangers.

Cet inducteur était composé de 8 pièces, savoir: deux flasques servant en même temps de bâti à la machine et de culasses aux électro-aimants, deux bagues en fonte, deux noyaux d'électro-aimants et deux pièces polaires au milieu des noyaux. Les noyaux sont en fer et toutes les autres pièces en fonte.

Comme on le voit, l'arbre de l'induit était placé dans le plan des axes des électro-aimants, contrairement à la disposition adoptée dans les machines primitives Siemens et Wilde.

Les noyaux d'électro-aimants étaient cylindriques dans la dynamo du type normal ; mais dans les appareils puissants M. Gramme faisait ces noyaux plats et leur donnait une grande largeur.

La figure 42 représente l'inducteur d'une dynamo à 10 lumières que M. Gramme avait combinée pour la marine, mais qui n'a reçu qu'un très petit nombre d'applications par suite d'études mieux appropriées à cette destination et réalisées sur le type de la machine à 5 lumières que nous représenterons plus loin, lorsque nous décrirons les appareils industriels.

La figure 43 représente l'inducteur de la dynamo à 4 pôles, une des plus rustiques et des plus puissantes qui aient été exécutées avant 1881.

L'inducteur est constitué par un cadre en fonte servant d'enveloppe à tout l'appareil et le préservant des chocs et autres accidents que peuvent déterminer les engins placés dans les mines et les chantiers de construction. A l'intérieur de ce cadre octogonal, se trouvent fixés huit noyaux d'électro-aimants en fer, à section rectangulaire, portant, par paire, une pièce polaire embrassant presque le quart de la bobine induite. Les pièces polaires sont alternativement de noms contraires; il y a donc deux pôles Nord en regard et deux pôles Sud également en regard.

La plus grosse de ces dynamos, figurant à l'Exposition de 1881, absorbait une puissance de 40 che vaux- vapeur ; son volume et son poids étaient très inférieurs aux volumes et aux

GËNËRATECRS MÉCANIQUES D'ËLBCTRICITÈ. 85

• poids des dynamos de même puissance exposées par les autres constructeurs.

Fig. U

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Fig. U

Fi«. 45 Fi*. « Fig. «

HiclilDM Gramme eipoaéei en 1881.

La figure hh montre un type vertical d'inducteurs d'une

construction économique. L'appareil, , exécuté entièrement en fonte, produisait un champ magnétique puissant pour une faible quantité de fil enroulé sur les noyaux. Le travail d'ajustage consistait simplement dans la confection de deux joints et dans Talésage des pièces polaires et des coussinets de Tarbre. C'est cependant en vue de diminuer ce travail, qu'il trouvait encore d'un prix trop élevé, que M. Gramme a combiné les nouveaux inducteurs dont nous parlerons bientôt.

Le type, (Fig. A5), est caractérisé par sa forme ovale et la simplicité de sa construction mécanique. Le bâti, les noyaux d'électro-aimants et les pièces polaires sont fondus d'une seule pièce ; les fils sont enroulés sur les noyaux d'électro-aimants au moyen d'un outillage spécial ; l'arbre est porté par deux traverses vissées sur le bâti.

La figure 46 montre un inducteur tout en fonte, adopté par M. Gramme en 1873 pour ses petites machines. Au lieu de 8 pièces, cet inducteur n'en comporte plus que 4, savoir : 2 noyaux et 2 culasses servant de bâti. C*est le premier inducteur n'ayant pas de pièces polaires rapportées et dans la construction duquel il n'entrait pas de fer. Il a surtout été appliqué aux petits éclairages à arc, aux décompositions chimiques et à la télégraphie.

L'électro-aimant, (Fig. 47), est caractérisé par les développements inégaux des pièces polaires. Cette disposition, qui permettait de placer les deux frotteurs verticalement, en face l'un de l'autre, sur le diamètre horizontal de Tinduit, a été récemment reprise par M. Gravier, de Varsovie, qui a cru y trouver une solution économique, eu égard au poids total de fil employé dans l'inducteur et l'induit.

La dynamo Gramme exposée en 1881 avait son inducteur composé de 4 pièces comprenant une des traverses servant de palier à l'arbre, la seconde traverse étant venue de fonte avec le bâti.

Depuis quelques années, M. Gramme, toujours préoccupé de doter l'industrie d'une machine vraiment commerciale, a abandonné successivement toutes les formes d'inducteurs dont nous n'avons énuméré qu'une très faible partie, pour se consacrer à

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l'étude d'une dynamo ayant le bâti, les noyaux d'électro-aimants, les pièces polaires et un des paliers de l'arbre fondus d'une seule pièce. Dans cette dynamo, un seul palier est rapporté et le travail d'ajustage consiste uniquement à fixer ce palier et à aléser les pièces polaires.

Les figures &8, i9 et 50 montrent les trois dispositions de cet inducteur sans assemblage, déjà réalisées à un très grand nombre d'exemplaires.

Les dernières machines étudiées par M. Gramme et soumises à notre examen ont sensiblement la même apparence extérieure

Fig. 48.

Fig. 49.

Machines Gramme (modèles de 1884).

Fig. 50.

que les précédentes; seulement, les âmes de leurs inducteurs sont constituées au moyen de pièces en fer forgées au pilon ou découpées à l'emporte-pièce, autour desquelles sont coulés les bâtis et un des supports d'arbre. Ces dynamos ont ainsi leur inducteur d'une seule et même pièce, sans autre ajustage que celui du deuxième palier et l'alésage des pièces polaires ; elles possèdent l'avantage d'avoir un champ magnétique très puissant, obtenu très économiquement.

Parmi les formes extrêmement nombreuses d'électroaimants employées depuis quelques années, nous citerons celles des dynamos de MM. Thomson et , Houston, Edison, Goolden et Trotter, Mather et Platt, Kapp, Jurgensen et Siemens.

Ces formes sont représentées par les figures 51 à 57.

L'examen des figures fera immédiatement comprendre les avantages et les inconvénients de chaque type ; il est donc inu*

tile de les décrire. Nous dirons seulement quelques mois des

GOOLDEN-T BOTT E R

Fig. 5Î

JURGENSEN

Fig. B3 Kapp

Fi«. 54 Thohson-Houston

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Fi<. 56

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Fig HT. SlKMBNS

iDducteura de mnchinM divenes.

dispositions adoptées par MM. Thomson et Houston et Goolden et Trotler, parce qu'elles sont bien comprises.

GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 89

MM. Thomson et Houston, dont les travaux sont très connus et très appréciés aux États-Unis, ont combiné une dynamo à induit sphérique et à inducteur cylindrique (Fig. 54). Cet inducteur se compose de deux cylindres terminés par des surfaces sphériques creuses embrassant presque entièrement Tinduit et garnis de fil sur tout leur pourtour extérieur. Ces deux cylindres sont réunis entre eux, pour former un électro-aimant unique, par une série de traverses longitudinales en fer entretoisant solidement tout Tappareil.

MM. Goolden et Trotter ont constitué un des pôles de leur inducteur (Fig. 51) au moyen de deux noyaux à section rectangulaire, placés à l'extérieur, et Tautre, par un noyau unique, également rectangulaire, mais d'une section double des précédentes, placé à l'intérieur de l'appareil.

Cette disposition n'a pas le mérite de la simplicité ni de réconomie ; mais elle donne à la dynamo un petit volume et permet d'utiliser convenablement le champ magnétique.