CHAPITRE IV
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ
§ I. — Des induits.
Définitions. — Les générateurs qui produisent de Télectricité en absorbant de l'énergie mécanique se nomment des dynamos.
Les premiers appareils imaginés pour l'obtention de ce résultat utilisaient l'influence magnétique des aimants en acier et étaient désignés sous le nom 'de machines magnétchélectriques ; plus tard, quand les électro-aimants remplacèrent les aimants dans la construction de ces appareils, on les appela machines dynamo- électriques \ enûn, par abréviation, on dit simplement aujourd'hui des dynamos.
Le genre dû mot n'est pas encore bien arrêté, et les auteurs écrivent indifféremment un ou une dynamo. Nous emploierons le féminin en considérant le mot machine comme un préfixe sousentendu.
Une dynamo se compose essentiellement d'un inducteur destiné à produire un champ magnétique ; d'un induit, ou armature, constitué par la portion du circuit ou se produit le courant sous l'action du champ magnétique ; et d'un collecteur sur lequel on recueille le courant induit pour s'en servir extérieurement. Le collecteur fait généralement partie intégrante de l'induit.
L'inducteur et l'induit doivent être, comme nous l'avons déjà dit, en mouvement relatif. 11 existe cependant des machines où ces deux organes sont fixes, et qui fonctionnent par de simples variations apportées dans le champ magnétique, au moyen de frotteurs tournant autour des collecteurs. Le plus souvent, c'est l'induit qui tourne devant les pôles fixes de l'inducteur ; dans un
certain nombre de dynamos, l'inducteur se meut et l'induit reste en repos ; enfin plusieurs constructeurs ont établi des appareils dans lesquels l'inducteur et l'induit tournent simultanément en sens opposés, pour diminuer la vitesse absolue de l'un des deux. Nous allons examiner quelles sont les principales formes qui ont étù données aux induits et aux inducteurs, en faisant précéder cet examen de quelques considérations théoriques sur la
nature des courants engendrés
Fig. 15. — Induction dans un conducteur
rectiligne.
dans les champs magnétiques.
Conducteur rectiligne en mouvement dans un champ magnétique. — La figure 15 représente, en élévation et en plan, les pôles N et S d'un aimant quelconque et un conducteur a b pouvant tourner autour de l'axe m n du champ magnétique. Les lignes de force sont naturellement dirigées du pôle nord au pôle sud. Le conducteur a b pourra tourner soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit en sens inverse. Nous admettrons d'abord qu'il tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (c'est-à-dire dans le sens indiqué par une flèche dans la vue en élévation des pôles magnétiques), et nous chercherons à déterminer quel sera le sens du courant induit dans 1^ conducteur pendant qu'il effectuera une révolution complète.
Le conducteur partant du point i se dirigera le long du pôle nord de haut en bas, en traversant des lignes de force dont le nombre ira en croissant, pour un même arc parcouru, jusqu'au milieu des pôles et en décroissant jusqu'à l'axe de séparation des pôles. La force électromotrice développée par l'aimant dans le fil au moment considéré sera donc de plus en plus grande de i en k, et elle ira ensuite en diminuant progressivement jusqu'en t où elle sera nulle.
GÉNÈKATEORS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 57
Supposons un homme couché sur le conducteur de telle sorte que son bras droit indique le sens du mouvement. La face de cet homme sera tournée du côté du pôle sud, les regards dans le sens même des lignes de force; et, si le courant le tra* verse, il entrera par ses pieds pour sortir par sa tête. Arrivé en k\ notre homme regardera toujours le pôle sud; le sens du courant dans le conducteur ne variera donc pas, et il en sera ainsi jusqu'en t où les regards de l'homme seront dirigés perpendiculairement aux lignes de force. Â ce moment, il n'y aura aucun courant induit dans le conducteur.
A partir du point /, l'homme placé sur le conducteur tournera progressivement sa face du côté du pôle nord, et ses regards seront dirigés en sens inverse des lignes de force. Si le courant continue à le traverser, il entrera par sa tête et sortira par ses pieds, c'est-à-dire en sens opposé à celui que nous avons constaté précédemment. Ce nouveau sens persistera de r,en p et dans toute la zone du pôle sud, jusqu'en z, pour s'inverser de nouveau à partir de la ligne de partage z t.
Si, au lieu de tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, le conducteur tournait dans le sens opposé, les choses se passeraient exactement de la même manière, avec cette seule différence que le courant induit dans la zone nord se dirigerait de a en bj et que le courant induit dans la zone sud se dirigerait de b en a. Il suffit de mettre la lettre S à la place de la lettre N, et réciproquement, et de conserver la figure sans autre changement pour montrer ce qui aurait lieu si le sens de rotation du conducteur venait à changer. Cela prouve que le sens de rotation n'est pas absolu, et qu'il doit toujours être indiqué avec la position des pôles. Ainsi, pour exprimer le mouvement du conducteur a b représenté figure 15, il faut avoir soin de dire : le fil tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'on a le pôle nord à sa droite.
Machine simple théorique. — A la place d'un simple conducteur, nous allons maintenant considérer une spire complète a b c d e f tournant dans un champ magnétique, figure 16.
Nous admettrons, comme précédemment, que celle spire
tourne dans le sens, des aiguilles d'une montre, le pôle nord étant à droite de l'observateur.
D'après ce que nous avons expliqué au sujet du conducteur simple, nous pouvons voir de suite que, en allant de g en A, le fil d e sera traversé par un courant se dirigeant de ^ à ci, et que le fil c b sera le siège d'un courant allant de c en b. Les parties cd, ab et ef ne seront pas induites ; mais elles seront traversées, comme tout le circuit, par le courant total des deux parties qui se meuvent dans le champ magnétique; les deux courants partiels sont réunis de telle sorte qu'ils marchent dans le même sens. La
spire est ainsi le siège d'un courant de sens constant pendantune demi-révolution.Lorsqu'elle est revenue dans son plan initial ghçii qu'elle opère son mouvement de h en ^, les lignes de force traversées produisent des courants de même sens que précédemment; mais la branche cbde la spire se trouve alors sous l'influence du pôle Nord, tandis que la branche d e est sous l'influence du pôle Sud. Ces deux branches sont donc le siège d'un courant ayant un sens contraire à celui qui les traversait précédemment, de sorte que les courants obtenus pendant les deux demi-révolutions sont égaux, mais de sens contraires.
Fig. 16. — Machine simple théorique.
Collecteur. — En faisant tourner la spire autour de son axe, dans un sens ou dans l'autre, on obtiendra une série de courants d'induction, inversés à chaque demi-révolution, et appelés pour cette raison courants alternatifs. Ces courants peuvent être recueillis sans changement, ou être redressés de manière à être toujours de même sens; dans le premier cas, on se sert d'un collecteur j et, dans le deuxième cas, d'un commutateur. (Les deux termes collecteur et commutateur sont souvent employés l'un pour
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ
Taulre; un grand nombre d*auleurs les considèrent comme étant synonymes) .
Lorsqu'il s'agit de recueillir les courants alternatifs sans les redresser préalablement, on peut faire usage de deux anneaux parallèles (Fig, 17) montés sur le même .^^
axe, isolés électriquement l'un de l'autre, et soudés, le premier avec une des extrémités et le second avec l'autre extrémité de la spire induite. Deux ressorts ou frotteurs appuient sur les anneaux et restent en contact avec eux pendant toute la durée du mouvement. Le circuit extérieur est relié au circuit intérieur, c'està-dire à la spire, par l'intermédiaire de ces balaie, et la force électromotrice d'induction peut servir ainsi, en dehors du champ magnétique, aux divers usages auxquels elle convient. Le courant sera, comme on le voit, alternatif dans le circuit total, aussi bien dans la spire que dans les conducteurs attachés aux balais et dans les appareils où il est utilisé.
Fig. 17. — CoUecleur simple.
Commutateur. — Pour obtenir des courants redressés, on
remplace le collecteur par l'appareil représenté figure 18.
Cet appareil est formé de deux coquilles demi-cylindriques c et d^ placées en regard l'une de l'autre, de manière à former un cylindre unique sur lequel les deux recueilleurs du courant viennent frotter ; chacune de ces coquilles est soudée avec une des extrémités de la spire a fr ; les ressorts ou balais qui recueillent le courant sont placés de telle sorte que leur contact avec les demi-cylindres sont intervertis au moment même où le -courant change de sens dans la spire. La branche a, par exemple, est parcourue par un courant qui va en s'éloignant de l'observateur quand elle est en haut de la figure, et en s'en rapprochant quand elle est en bas. La branche b se trouve exactement
Fig. 18. — Commut&teur.
00 ÉCLAIRAGE A LÈLBCTRIC(TÉ.
dans les mêmes cotidiLions ; le courant qui ta traverse s'approche de l'observateur dans sa position inférieure, et va en sens inverse lorsqu'elle se trouve en haut. De sorte que le balai fixe, placé à la partie supérieure, ne recueille que des courants dirigés vers l'aixière du plan de la figure, tandis que le balai placé en bas ne recueille que des courants allant vers l'observateur. L'examen de la figure montre que ces courants sont toujours de même sens dans le circuit extérieur.
L'ensemble du circuit se trouve partagé en deux parties bien distinctes par le commutateur : la partie intérieure où se produit
l'induction, qui est traversée par des courants alternatifs, et la partie extérieure, celle qu'on utilise, qui est parcourue par des courants dont le sens est invariable.
Hachine à bobine rectangulaire. — Si, au lieu d'une simple spire (Fig. 16), on fait tourner une spire double (Fig. 19) dans le même champ magnétique, on obtiendra une action inductive double, et, par suite, une force électromotrice double pour un même nombre de révolutions par seconde.
Cette force électromotrice «era encore augmentée si on multiplie le nombre des spires, et si l'on introduit à l'intérieur ua noyau de fer doux (Fig. 20). Ce fer doux peut être fixe comme les pièces polaires N et S, ou se mouvoir avec les spires. Dans les deux cas, il aura pour effet de condenser les lignes de force près des pôles magnétiques, et d'augmenter leur puissance inductive. Les pôles N et S de l'inducteur développeront dans le fer intérieur, et en face d'eux, des pôles de noms contraires s n.
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES DÉLECTRICI I É. 61
dont l'effet magnétique se combinera avec celui des premiers pour produire une force éleclromolrice d'induction plus élevée.
L'immobilité de la pièce de fer donne aux pôles secondaires une fixité complète. Le mouvement de cette pièce en regard, des pôles principaux N S aurait pour effet de déplacer les pôles dans l'intérieur du fer, mais n'enlèverait rien à leur fixité dans l'espace : le pôle S serait toujours en face du pôle initial N, et le pôle N en face du pôle initial S.
Principe des machines
à induit annulaire; — Les vig. ai.- FamômewnsiDaMu intérieur.
dynamos Gramme si ré- -
pandues dans l'industrie ont un anneau eu fer, placé à l'inlérieur,
entre les deux pôles magnétiques. Cet anneau a la propriété de modifier la direction et la densité des lignes de force, comme l'indiquent les fantômes, figures 21 et 22.
La figure 21 représente le fantôme compris entre les pôles NS d'un électro-aimant, et ta figure 22 montre le fantôme compris entre les mêmes pôles quand on ajoute un anneau de fer doux dans l'intérieur du champ ma- ^. „ ^ , , cnétique. L'examen deces
f ig. 22. — FsDUme iTec aoneau de Ter. ^ ^
deux figures fait ressortir les difi'érences suivantes dans les lignes de force des deux champs magnétiques :
ÉCLAIRAGS A L'ÉLECTRICITÉ.
&1fe
l"" Les lignes sont plus nombreuses dans les' espaces annulaires (Fig. 22) que dans le voisinage des pôles (Fig. 21) ;
T Les lignes sont distribuées plus régulièrement (Fig. 21), et elles sont plus denses près des extrémités polaires (Fig. 22);
3** Les lignes sont presque nulles dans l'espace central (Fîg. 22), et elles conservent au centre l'uniformité qu'elles ont aux extrémités polaires (Fig. 21).
Ceci constaté, nous reprendrons la théorie des conducteurs rectilignes en mouvement dans un champ magnétique. Soit a b, un conducteur (Fig. 23) tournant, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de l'axe m ji^ entre les pôles NS ; sous l'influence
des lignes de force qu'il coupe, ce conducteur sera le siège d'une force électromotrice dont le sens est indiqué par la flèche, et dont la grandeur dépendra de la vitesse de translation dudit conducteur à travers le champ magnétique, et de son rapprochement du pôle Nord. Un deuxième conducteur «' b', placé près du premier, et animé du même mouvement autour de l'axe m n, sera également le siège d'une force électromotrice de même sens que la précédente, mais de grandeur moindre, puisque la vitesse sera moins grande, et que a' 6' est plus éloigné du pôle Nord que a b. En réunissfint les extrémités a et «' par un fil conducteur, et en recueillant les courants par les extrémités b et b' k l'aide d'un collecteur (Fig. 17), on obtiendra des courants alternatifs dont la force électromotrice sera la différence entre les forces électromotrices induites dans a b et a' b', et dont le sens sera toujours celui de la branche a b. L'adjonction du conducteur a' b' aura donc eu pour eflet de diminuer la force électromotrice, produite dans ab, d'une quantité égale à celle produite en ellemême ; car il en est des forces électromotrices en opposition comme de toutes les autres forces, la plus grande détruit la plus petite et se trouve réduite à la différence des deux forces en jeu.
Fjg. 23. — Théorie de U machine Gramme.
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ
rri^i^.
tf
Fig. 24. — Théorie de la machine Gramme.
Le courant s*élablit dans le sens de là force .électromotrice la plus élevée, et le fil intérieur ne sert en réalité que de conducteur fermant le circuit, au même titre que les fils réunissant a et a\ et les fils b et 6' allant au collecteur.
Une machine constituée par des spires ainsi formées fournirait des courants d'autant plus faibles que les deux fils parallèles seraient plus rapprochés l'un de l'autre, et qu'ils seraient tous deux plus éloignés des pôles; mais, si on interpose entre ces fils une pièce de fer (Fig. 24), les courants deviendront sensiblement plus grands. Cette pièce de fer servira en effet d'écran magnétique comme le cercle de la figure 22; il n'y aura plus ou presque plus de lignes de force dans la partie parcourue par a^b\ et, par suite, plus ou presque plus de courants induits dans ce conducteur ; de sorte que les courants induits par a b pourront être recueillis presque en totalité.
En recouvrant un anneau de fer (Fig. 25) d'un conducteur sans fin formant autour de lui une série de spires toujours dirigées dans le même sens, et en faisant tourner cet anneau entre les pôles d'un aimant quelconque N S, on remarquera que toutes les spires de la demi-circonférence a n b seront traversées
par des courants induits de même sens, et que toutes les spires de la demi-circonférence bs' a seront traversées par des courants induits de sens opposé au premier. La force électromotrice induite dans les spires du côté N sera égale à la somme des forces électromotrices développées par chacune des spires en action dans la région du pôle Nord ; la force électromotrice induite dans les spires du côté S sera égale à la somme des forces électromotrices développées par chacune des
Fig. 25. — Machine à anneau.
f,4 ÉCLAIRAGE A L'ÉLECTRICITÉ.
spires en action dans la région du pôle Sud ; de sorte que, en plaçant les frotteurs fixes aux points a et b^ et en ayant soin de dénuder le fil de toiîtes les spires dans la partie où chacune d'elles vient au contact des frotteurs, on pourra, sans aucun collecteur ni commutateur, recueillir et utiliser extérieurement des courants allant toujours dans le même sens.
Il y a une analogie complète entre les circuits de deux piles hydro-électriques, formées chacune d'un même nombre d'éléments couplés en tension, puis associées en quantité, pour ne former plus qu'un courant unique de même sens, et les circuits induits a a' b et an' b qui sont également formés chacun d'un même nombre de spires élémentaires induites, couplées en tension, puis réunies en quantité au moment du contact des balais, pour ne former qu'un courant d'intensité double, allant toujours dans le même sens.
Nous avons expliqué pourquoi les courants induits, dans les fils intérieurs, vu le peu d'importance des lignes de force existant dans l'intérieur de l'anneau, nuisaient très peu à ceux développés dans le champ magnétique annulaire ; nous devons ajouter que les pôles N et S de l'inducteur déterminent dans l'anneau en fer des pôles de noms contraires s et n\ et que ceux-ci donnent nais- ' sance, dans toutes les parties du conducteur enroulées sur l'anneau, à des courants ayant le même sens que ceux induits dans le champ magnétique annulaire principal ; ces courants induits par l'anneau viennent renforcer ceux engendrés directement dans le champ magnétique de l'inducteur, et le résultat final est tel que l'influence contraire de la partie intérieure est non seulement annulée, mais convertie en une influence directe s'ajoutant à celle de la partie extérieure.
11 est à remarquer que l'anneau de fer participe au mouvement des spires induites, tandis que les pôles n' et s' développés dans cet anneau par les pôles S et N de l'inducteur restent fixes dans l'espace, vis-à-vis de ceux-ci. Pour obtenir le maximum d'effet, il est nécessaire d'employer pour l'anneau un métal aussi pur que possible, afin que les pôles puissent voyager rapidement dans le fer, sans y laisser de magnétisme rémanent, lequel modifierait la force électromotrice totale des courants recueillis
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 65
par les froUeurs aux points de partage du champ magnétique.
Principe des machines à solénoïdes. — On peut encore faire tourner des solénoïdes devant des pôles magnétiques, et obtenir des courants d'induction alternatifs facilement redressables. Un solénoïde (Fig. 26), placé normalement aux pôles et tournant autour de l'axe du champ magnétique, sera traversé par des courants induits.
D'après la règle d'Ampère, les courants induits auront le sens indiqué par les flèches, et on pourra les recueillir au moyen d'un collecteur ou d'un commutateur. Si le solénoïde est enroulé dextrorsum, c'est-à-dire com-
TPt
n iJi
me les filets d'une vis à 7
droite (Fig. 26), le courant s IJf^
se dirigera toujours dans les u*
solénoïdes en s'éloignant des • ^^*-
pôles; si le solénoïde est
enroulé Sini.trorsum, dans le ^'^- 26. -Principe des machines à solénoïdes.
sens des filets d'une vis à gauche, le courant se dirigera toujours dans les solénoïdes de l'axe de rotation m n aux pôles N et S; mais, quel que soit le mode d'enroulement des spires, la règle d'Ampère sera toujours satisfaite. L'examen de la figure montre que, en employant deux solénoïdes, enroulés dans le même sens, il faut, pour ajouter leurs effets, relier l'extrémité du solénoïde de gauche la plus éloignée du pôle Sud, à l'extrémité du solénoïde de droite la plus rapprochée du pôle Nord ; si Ton procédait autrement, les courants induits dans un solénoïde équilibreraient ceux de l'autre solénoïde, et on n'aurait aucune force électromotrice à l'extérieur. On peut aussi enrouler un des solénoïdes dextrorsum, et l'autre sinistrorsum^ et relier entre eux les fils les plus rapprochés de l'axe ; le résultat sera exactement le même que celui obtenu en procédant comme il est indiqué figure 27.
Machine à électro-aimant. — C'est sur le principe que nous venons d'indiquer qu'ont été réalisées les premières machines
d'induction; seulement, au lieu de solénoïdes produisant peu de courant, les constructeurs employèrent des électro-aimants qui en développent davantage. Les organes essentiels de ces machines primitives étaient un aimant en acier et un électro-aimant, ayant leurs pôles en opposition, et aussi rapprochés que possible (Fig. 27). L'électro-aimant tourne autour de Taxe de l'aimant, qui est fixé d'une manière rigide au bâti de la machine.
Si le sens du mouvement de Télectro-aimant est celui des aiguilles d'une montre (pour l'observateur placé en N), c'est-àdire si la spire A s'abaisse en passant devant le pôle Nord, et que
nous prenions pour point de départie moment même où les pôles sont visà-vis les uns des autres, nous remarquerons que, pendant le premier quart de révolution, l'aimantation des noyaux N []yW\ diminuant, il se produit un courant
d'un certain sens dans la bobine A, et . ^„ ..... w. un courant de sens inverse dans la
Fig. 27. — Principe des machines
à ôiectro-aimant. bobinc B; pendant le deuxième quart
de révolution, l'aimantation des noyaux allant en augmentant, les courants devraient changer de sens; mais, comme, au même moment, la polarité change dans les bobines, les courants seront de même sens pendant le premier et le deuxième quart de révolution. Quand la bobine A se trouve en face du pôle S, et la bobine B en face du pôle N, les courants changent de sens et conservent ce nouveau sens pendant toute la seconde demi-révolution.
Les courants dus à l'induction directe des pôles N et S n'en existent pas moins; mais, si l'on veut bien considérer la façon dont les hélices se présentent dans le champ magnétique, et le faible nombre de lignes de force qu'elles coupent, on comprendra que ces courants sont extrêmement faibles, eu égard à ceux qui sont produits par les changements de polarité des noyaux
A et B.
11 y a donc une différence essentielle entre l'emploi des solénoïdes, des conducteurs simples, des anneaux ou des électroaimants pour l'obtention de courants induits. Avec les solénoïdes
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRCCITÈ. 67
et les conducteurs rectilignes, qui ne sont soumis qu'àrinllueiice (lu champ magnétique de l'inducteur, le chaDgemenl de sens des courants s'opère sur la ligne axiale perpendiculaire aux pôles. Avec les anneaux en fer, les fils qui traversent les lignes de force sont soumis à un double effet d'induction: l'un, directement produit par les p61es de l'inducteur, l'autre par les changements d'étal magnétique de l'aoneau. Le premier effet étant très prépondérant, la ligne de partage près de* laquelle on recueille les courants est également entre les pôles.
Lorsqu'on emploie des électro-aimants, tes deux effets d'induction se font sentir sur les spires ; mais la réaction des noyaux
Fig. S6. — Déptscemenl des ligDsa ds force.
l'emporte sur l'influence des .pôles de l'inducleur, et les inversions ont lieu au moment du passage devant les pôles, parce que c'est à ce moment que se produisent l'aimantation et la désaimantation des noyaux. Dans ce dernier cas, le plan de partage et, par suite, les points de contact des frotteurs sur le commutateur viennent se confondre avec le plan s n passant devant les pôles.
Sans insister plus qu'il ne convient sur les modiûcatioDS introduites dans le plan de partage des inversions de courants par les actions et les réactions multiples qui se produisent dans les machines à anneau, nous ajouterons que les lignes de force étant déplacées par le mouvement du fer central, comme il est facile de le voir (Fig. 28), ce n'est pas normalement à l'axe S N qu'il
68 ÉCLAIRAGlî A L'ÉLECTRICdÉ.
faut recueillir les courants; mais bien en s n, perpendiculairement aux zones occupées par les lignes de force, là où les spires ne reçoivent aucune influence directe de rinducleur.
Il en est de même avec les machines à électro-aimant : les flotteurs ont, dans chaque cas particulier, une position favorable qui diffère un peu de celle assignée par la théorie, lorsque celle-ci est limitée à l'examen des principales ipfluences inductrices.
Machine Pixii. — La première machine, basée sur les découvertes de Faraday, fut construite en 1832 par un mécanicien parisien nommé Pixii. Dans cette machine, un aimantpcrmauent tournait ver^ licalementdevantlespôlesd'un électro-aimant ; les noyaux en fer doux de ce dernier étaient ainsi aimantés et désaimantés successivement, et donnaient naissance à des courants alriB. s». - Mathine de Piïii. ternatîfs dans le fil de cuivre.
Ces courants, redressés au moyen d'un commutateur placé à la partie inférieure de l'aimant, étaient assez intenses pour permettre de décomposer de l'eau dans un voltamètre, et de faire rougir un fil de platine. L'aimant recevait un mouvement rapide de rotation à l'aide d'une paire d'engrenages et d'une manivelle disposées entre deux tablettes, dans le soubassement de la machine.
La machine de Pixii, que nous représentons (Fig. 29) fait partie des collections du Conservatoire des arts et métiers; c'est celle dont Ampère se servait pour expliquer les phénomènes de l'induction.
Machine Glarfce. — En 1833, un Américain nommé Saxton,mo-
GËMËRATËURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 09
dilîa la machine dePixiienmetlaot l'aiinant (ixe horizonlal, et en faisant mouvoir l'électro-aimant devant ses pôles. L'année suivante, Clarke réalisa la même machine en plaçant l'aimant verticalement, et l'électro-aimant sur le côté (Fig. 30). Bien que les perfectionnements dus à Clarke ne soient pas très importants, c'est son type de machine qui a prévalu dans les laboratoires, et
- Fig 30. — Machine de Clarke.
c'est son nom qui a longtemps servi à désigner tous les appareils similaires d'induction.
Hacliine Siemens. — Pendant, vingt ans, la machine Clarke fut à peu près la seule en usage ; mais en iSbà, MM. Siemens et Halske, de Berlin, imaginèrent l'armature à double T qui fit faire un grand pas à la production de l'électricité au moyen de générateurs mécaniques.
Pour comprendre le jeu de la machine Siemens, il suffit de se reporter à la figure 20 et de concevoir un grand nombre de
Spires recta ugulaires réunies, enroulées sur une âme en fer servant d'axe à la machine (Fig. 31).
Le fer central est d'abord façonné en cylindre, puis creusé
Fig. 31. — Bobine Siemens.
longitudinalement de deux grandes rainures larges et profondes. Le fil de cuivre, préalablement isolé, est enroulé dans les rainures, parallèlement à l'axe, jusqu'à ce qu'il les remplisse entièrement. L'un des bouts du fil est soudé à l'axe métallique de l'armature qui porte un demi-cylindre de commutateur, et l'autre, . à un deuxième demi-cylindre placé en regard du premier et dont il est isolé électriquement.
La figure 32 représente une machine Siemens garnie de sa bobine. Les pièces polaires fixées aux extrémités de l'aimant sont alésées de manière à embrasser très étroitement la bobine en ne laissant que le jeu strictement nécessaire pour permettre sa rotation. La niasse du fer central est assez grande pour que l'influence du charn]) magnétique de l'inducteur soit très petite par rapport à celle des pôles mêmes de la bobine, ce qui crée un Fig. 32. - Mwhine de Siemens. plan de partage dans la
direction des pôles. Les frolteurs se trouveut ainsi placés verticalement, et ils recueillent les courants près des pôles.
GÉNÉRATEURS MÉCANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 71
Machine Pacinotti. — Cette machine, qui a été décrite en 1864 dans un journal italien, est représentée fig. 33.
Son induit se composait de seize bobines partielles enroulées
Fif . 33. — MachiD« d« PicinoUt.
sur un anneau en fer dentelé el garni de seize coins en bois m ui
(Fig. sa).
Les extrémités des fils des bobines étaient reliées à un collecteur (Fig. 34 bis).
Ce collecteur consistait en un cylindre en bois C, peu élevé,
avec deux rangs d'entailles disposées sur la périphérie et recevant seize petites pièces en laiton a (huit à la partie supérieure et huit à la partie inférieure alternant avec les premières).
7t ÉCLAIItAGE A L'ÉLECTRICITÉ.
Deux roues métalliques BB frottant sur le collecteur servaient à recueillir les courants.
Celte petite machine est restée longtemps à l'Université de Pise et personne ne chercha à la rendre industrielle. IL a fallu que M. Gramme découvrît de nouveau le principe des induits annulaires et qu'il inventât les collecteurs à coins, les anneaux lisses en îi\ de fer, les balais Trotteurs et les inducteurs à pôles doubles, pour tirer de L'oubli les travaux, d'ailleurs très remarquables, de M. Pacinolli.
§ II, — Des inducteurs. ,
Aimants permaoents. — Dans les premières machines d'in-
Fig. 35. — MachiDË d'Allen.
duclion on employait exclusivement des aimants en acier pour constituer le champ magnétique dans lequel s'opérait la transformation de l'énergie dynamique en énergie électrique.
Ces aimants étaient le plus souvent composés de lames recourbées en forme de fer à cheval, trempées el aimantées séparément, piiis assemblées entre elles au moyen de boulons. On obtenait l'aimantation des lames, soit en les frottante plusieurs reprises, dans un sens convenable, avec des barreaux aimantés, soit en les introduisant dans les bobines creuses d'un solénoïde, traversé par un courant el promené le long des lames d'une extrémité à l'autre, aller et retour, pendant un certain temps.
Les meilleurs aciers employés à cet usage étaient el sont encore ceux de Suède el ceux des forges d'Allevard. En général,
GÉNÉRATEURS MÉGANIQUES D'ÉLECTRICITÉ. 73
plus les aimants ont un faible poids, et plus Taimantation leur donne de force attractive proportionnellement à ce poids.
L'induit se présentait devant les pôles de Taimant inducteur, tantôt de manière à ce que les pôles fussent en opposition directe (Fig. 29), tantôt parallèlement aux lames et sur le côté (Fig. 30), tantôt, enfin, entre les branches du fer à cheval (Fig. 35) (machine Allen).
Aimants multiples. — Pour obtenir de grands effets, les constructeurs, avant d'avoir recours aux électro-aimants, firent usage d'inducteurs volumineux, comprenant un grand nombre d'aimants, devant lesquels tournaient des séries de bobines. Comme exemple de ces appareils nous citerons la machine inventée par NoUet, et connue sous le nom de machine de V Alliance représentée figure 142.
Pièces polaires rapportées. — La machine Siemens (Fig. 32) possède deux pièces de fonte fixées aux lames d'aimant, au moyen de vis, et alésées de manière à embrasser étroitement l'induit. Ces pièces polaires ont été, depuis 1854, rapportées à presque tous les aimants servant d'inducteurs ; elles ont l'avantage d'augmenter considérablement le nombre des lignes de force fermées comprises entre les extrémités des lames, à l'endroit où les pôles atteignent leur maximum d'influence.
Ladd ayant observé qu'une partie des lignes de force traversait la région supérieure des aimants à lames droites, ce qui en diminuait l'effet utile, fit construire des aimants à lames courbées circulairement qui donnèrent d'assez bons résultats, surtout avec des pièces polaires rapportées.
Aimants Jamin. — Les aimants Jamin sont composés d'une série de lames minces en acier, préalablement aimantées, et pliées à la main sur plat, au lieu d'être courbées sur champ à la forge, comme cela a lieu dans les aimants ordinaires. Les lames sont placées les unes contre les autres et retenues par une armature solide, comprenant deux pièces polaires et deux traverses en bronze assurant aux pièces polaires unécartement invariable.
La figure S6 représente une dynamo ayant pour inducteur un aimant Jamin. On peut remarquer, en examinant le dessin, l'importance exceptionnelle donnée aux pièces polaires lorsqu'elles ont un double rôle à remplir : embrasser intimement l'induit, et retenir en un seul faisceau toutes les lames de l'aimant.
L'aimant Jamin, inventé en 1873, a eu un moment de vogue ; mais il est, petit à petit, tombé dans l'oubli, et son usage est à peu près abandonné aujourd'hui. Les aimants ordinaires sont plus
Pig. 30. — Micbioe k aimant Jamin.
faciles à monter dans les appareils électriques, et leur force attractive est sensiblement la même, à poids égal.
Aimants en acier comprimé. — Pour donner à l'acier la force coercitive lui permettant de conserver l'aimaatation qu'il a reçue, il faut, avons-nous dit, le tremper. La trempe déforme souvent les lames, et, si on les réchauffe ensuite pour redresser le métal, l'acier perd sa force coercitive.
M. Clémandot est parvenu à faire disparaître cet inconvénient en comprimant l'acier sous une forte pression, et en le laissant
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refroidir SOUS celte pression. Au lieu d'être instable, Taimantation des lames ainsi traitées devient permanente. L'acier soumis à la compression et forgé ensuite est doux; il peut être limé, percé, tourné, etc., sans perdre sa force coercitive.
Electro-aimants. — Les générateurs d'électricité ayant leurs inducteurs constitués au moyen d'aimants en acier sont aujourd'hui presque entièrement abandonnés, et remplacés par des appareils à électro-aimants, dont les effets sont à la fois plus puissants, plus réguliers et plus sûrs.
Les formes données aux électro-aimants sont extrêmement variées; elles dépendent, dans certains cas, de considérations fondées sur les problèmes à résoudre, mais, le plus souvent, du désir qu'ont les constructeurs de présenter des dynamos originales, sinon au point de vue de leurs résultats, du moins en ce qui concerne leur apparence extérieure. Le courant qui traverse les fils des électro-aimants pour produire le champ magnétique est fourni généralement par la dynamo elle-même ; dans certaines applications, on se sert d'une dynamo auxiliaire pour exciter les inducteurs d'une ou de plusieurs dynamos principales.
Dans la première machine Wilde, exécutée en 1866, les électro-aimants étaient excités par une machine auxiliaire à aimant (Fig. 37) placée au dessus de la première.
La dynamo complète était ainsi formée de deux appareils superposés, fonctionnant simultanément, et produisant des courants beaucoup plus intenses que tous les générateurs électriques connus à cette époque.
Auto-excitation. — Wheatstone et Varley, en Angleterre, Siemens, en Allemagne, et Gramme, en France, trouvèrent à la même époque *, indépendamment les uns des autres, qu'on pouvait se passer de la machine excitatrice, parce qu'il restait toujours dans les électro-aimants un peu de magnétisme rémanent ou résiduel, dès que la dynamo avait fonctionné une première fois.
Le magnétisme résiduel, au moment de la mise en marche,
