TV
DYNAMOS A GOURANT CONTINU
d*une façon telle que chacun d'eux tombe en face de C3lui de l'autre plateau avec lequel il doit être soudé.
Pour ne pas trop multiplier le nombre de côtés du polygone étoile, qui détermine le nombre des sections, et pour augmenter la longueur de fil induit, au lieu de donner à chaque section la'forme que nous avons indiquée, on fait revenir le fil plusieurs fois sur lui-même, comme l'indique la fig. 78. On place alors généralement
Fig. 78.
les développantes de la même section, les unes sur les autres.
Voici maintenant comment les différentes sections de Tinduit sont reliées au collecteur. Revenons pour cela à
L ECLAIRAGE ELECTHIQUE
la figure 3. Jusqu'ici, nous avons considéré comme commencements des sections, les points ABA'B'... de jonction des fils du plateau avant avec ceux du plateau arrière. Comme on ne peut prendre ces points pour réunir les différenles parties de T induit au collecteur, nous supposerons les commencements des sections aux points
a,h,d,ll Remarquons de plus que les points 6,6'...
sont sur le plateau arrière, c'est-à-dire du côté opposé au collecteur, et qu'on ne peut les réunir facilement à celui-ci. Supposons donc que l'on réunisse Tinduit au collecteur toutes les deux sections, c'est-à-dire par les
points a^ayu" seulement.
Considérons le point a (fig. 79) ; supposons qu'il soit sur un des rayons d'induction nulle, et que les courants induits, qui tendent à se former, partent de ce point ; il doit être réuni à la lame G du collecteur qui est sous le balai par lequel entre le courant. Lorsque tout le système a fait 1/3 de tour, le point a et lui seul est encore sur un des rayons d'induction nulle, et doit encore être le point d'origine des courants qui traversent l'induit,il doitdonc encore être réuni à la lame qui est sous le même balai. Or^ à ce moment, c'est la lame e', qui est de 120° en retard sur c, qui est sous le balai; le pointa doitdonc aussi èlre réuni à la lame d. De même quand le système a fait 2/3 de tour, c'est-à dire 2i0^ à partir
Fig. 79.
(lu point de départ, le point a se retrouve encore une fois dans les mêmes conditions, il doit donc encore être réuni à la lame qui est en ce moment sous le balai ; celte lame est la lame C" qui est de 2i0^ en arrière sur C ou de 120" en avance. 11 en est évidemment de même pour l'autre balai et pour tous les points aa'a",,,,. Chacun de ces points doit donc être réuni à trois lames du collecteur, placées à 120'' les unes des autres. Il s'ensuit que le nombre des lames du collecteur doit être trois fois plus grand que celui des points à réunir au collecteur. Les connexions qui réunissent les points a,a'a' au collecteur sont facilitées et régularisées par un appareil appelé connecteur (Bg. 80).
Fig. 80.
Cet appareil se compose d'un cylindre en bois, sur lequel est monté un plateau circulaire également en bois. Les fils qui vont direclement de l'induit au collecteur, traversent simplement le plateau. Ceux qui doivent aller
L KCLAIRAGE ELECTRIQUE
il la lame qui est à 120^ à droite, s'arrêtent sur la face avant du plateau, parcourent une développante qui les amène en face de cette lame, et se redressent suivant une génératrice du cylindre pour aller s'y souder. Enfin ceux des fils de connexion au collecteur, qui doivent aller à la lame qui est à 120° à gauche, traversent le plateau, parcourent sur la face arrière une développante égale et de sens contraire à celle de la face avant, et se redressent comme eux pour aller au coUecleur.
En opérant ainsi, on évite, comme pour l'induit luimême, toute cause de croisements des fils.
Toutes ces difl*érentes parties : induit, connecteur et collecteur sont exécutées séparément, sont ensuite montées surTarbreet assemblées entre elles.
Ampères
VolU
Nombre
de tour^ par
minute
Dinmètre (le la poolia
•ÎOO
Fpt'OÎHt
fpéeial
Commande
par
at^couplement
élastique
Machines a courants redressés. — L'induit des machines de cette catégorie est divisé en un nombre pair de groupes, supposons-en deux, qui sont reliés à un dispositif spécial dit commutateur.
Ce dernier est formé de deux bagues de cuivre de forme particulière, isolées et montées sur Taxe de Tinduit, et reliées chacune à Tune des extrémités du fil qui compose l'enroulement du groupe. Ce dernier est formé
Fig. 81.
de deux enroulements placés chacun à une extrémité d'un dÇs diamètres de l'induit. Deux balais fixes frottent sur les lames du commutateur.
Les choses sont disposées de telle sorte que, au moment où les enroulements d'un groupe vont permuter, c'est à dire au moment où la force électromotrice va changer de signe, l'une des bagues passe d'un balai sous l'autre.
210 L'KCLAIIUCIE KLlCCTIliyL'E
Les balais recueillent donc un courant dont la force
DYNAMOS A GOURANTS REDRESSÉS 211
sphérigue, est construit de la manière suivante : Sur
Pig. 83. — Induit de la uiactiîne ThomsoD- Houston.
l'arbre, sont clavetées deux coquilles creuses, recouvertes de papier verni, et portant extérieurement des chevilles de bois destinées à maintenir les Qis de l'induit. Ce dernier est formé par trois bobines élémentaires dont les bouts internes sont réunis entre eus, et les bouts externes chacun à une louche du commutateur. Ces trois bobines forment entre elles un angle de 120°.
Le syatcme inducteur est formé de deux tubes de fonte à joues aux. extrémités intérieures desquels sont fixées-deux coupes creuses qui se regardent et enveloppent l'induit (ftg. 83).
L'caroulement inducteur est moulé sur les tubes de fonte, et ceux-ci sont réunis par des barres de fer disposées régulièrement tout autour de la masse cylindrique pour former la culasse de rélectro-aimant.
Le commutateur est formé de trois touches et il supporte 4 balais réunis deux à deux : il y a 2 balais positifs Alt el deux balais négatifs A' B'. Chaque groupe de balais est relié à une extrémité d'une bobine de l'inducteur dont l'autre extrémité aboutit à l'une des bornes du circuit extérieur.
l'kglairage électrique
Le chemin suivi par le courant est donc : les balais positifs, une bobine inductrice, le circuit extérieur, la seconde bobine inductrice et les balais négatifs.
La régulation de la machine au point de vue du maintien de la constance du courant est obtenue par le décalage des balais. Ce décalage se fait automatiquement par le dispositif suivant (fig. 84) :
Fig. 84. — MécanisQie d'auto-régulation de la machine Thomson-
Houston.
Les balais sont fixés à des leviers C. C D. D réunis par un bras E terminé par une armature de fer doux soumise à Faction d'un électro-aimant M.
Un amortisseur P formé d'une pompe à glycérine s'oppose à la production de mouvements trop brusques de l'armature.
Normalement, l'électro-aimant M est mis en court circuit par un circuit secondaire et n'agit que quand ce dernier est ouvert. En un point convenable du circuit principal sont intercalés deux solénoïdes S. S dont les noyaux sont supportés par un ressort et dont l'armature actionne le levier de contact R. Quand le courant devient
DYNAMOS A COUIIANÏS RKDllKSSKS . 213
Irop inlense, ce contact est rompu et l'cieclro-aimant M fait lever son armature. Pendant ce Icmps, le Icyicr U vibre entre ses positions extrêmes et la position des balais est modifiée dans le sens voulu ; une dérivation en charbon T de très grande résistance vient en outre réduire au minimum l'action destructrice de l'étincelle en H.
Il se produit de fortes (Hincelics entre les baluîs et les touches du commutai eur, et les constructeurs ont
tourné cette dilficulté par l'adjonction d'un soufflet puissant qui, trois fois par tour, souffle un jet d'air énergique sur chaque touche. Cette solution, bien que très simple, n'en remplit pas moins les conditions
• L KCLAIftAOE KLKGTHIQUE
voulues pour la protection des bilais et du collecteur, et, à ce point de vue, le fonctionnement do la dynamo Thomson Houston ne laisse rien à désirer.
Le commutateur est formé par trois touches de cuivre isolées à l'air, et son usure du fait des étincelles est insignifiante.
Ces machines renferment en moyenne 1 kg de cuivre pour 2,25 kg de fer, et leur induit supporte 2 mètres de fil par volt. Elles se construisent suivant deux modèles principaux débitant respectivement 9,6 et 6,8 ampères sous une différence de potentiel aux bornes qui peut atteindre 3000 volts.
ts
CHAPITUE VII
iMACHlNES A COURANTS ALTERNATIFS
La force électromotrice produite par les machines de celte catégorie dites alternateurs varie périodiquement de signe ; elle est tantôt positive et lanlôt négative.
Le temps que met le courant à effectuer un cycle alternatif complet s'appelle temps périodique^ et on le défcigne par T.
¥\^. 8ô. — Principe de lu macliine à couraals alternalirs à iaduit en
tambour.
Le nombre de périodes divisé par le temps niis à les effectuer s'appelle fréquence o\x périodicité.
Dans les machines courantes, la fréquence varie entre 40 et 100, quelquefois elle atteint 150 périodes par seconde,
De même que dans les machines à courant continu, on peut employer des induits enroulés en anneau ert tambour ou en disque.
h ECLAIRAGE ELECTIUQUE
On remarquera (lig. 86 et 87) que les bobines élémentaires sont enroulées alternativement dexlrorsum et sinistrorsum, et qu'elles sont chacune placées en regard de pôles magnétiques alternalivement de nom contraire. Il en résulte que la force électromotrice est simultanément de même signe dans toutes les sections qui se trouvent montées en série. »
Si les bobines étaient toutes sinistrorsum ou dextrorsum, il faudrait relier le bout finissant de Tune au bout finissant de l'autre, pour obtenir le même résultat que dans la disposition précédente.
Induits en tambour, — L'enroulement en tambour tel que nous l'avons décrit à propos des dynamos à courants continus est peu employé. On lui a substitué des variantes.
Par exemple, fig. 85, on dispose les bobines induites enroulées sur ellesmêmes, sous forme de cylindre aplati à base elliptique, à plat toute autour de la surface du noyau magnétique cylindrique.
Induits en disque. — Les bobines élémentaires sont appliquées à plat sur la périphérie d'un disque, et prises chacune entre un pôle nord et un pôle sud perpendiculaires à leur plan (tig. 87).
Fig. 87. — Disposition des circuits à'une machine à courants alternatifs à disque.
ALTERNATEURS 2i7
Le champ magnétique est produit par deux couronnes d'électro-aimants parallèles au plan du disque induit.
Un pôle inducteur est de nom contraire à ceux des deux pôles voisins de sa couronne et du pôle de l'autre couronne qui lui fait vis-à-vis.
Les bobines induites sont reliées entre elles comme nous l'avons expliqué à propos des induits en anneau.
La figure 87 ci-dessus montre cette disposition.
Induits à fer tournant. — Nous rappellerons pour mémoire qu'il existe quelques alternateurs dans lesquels circuit induit et inducteurs sont lixes. La partie mobile est le noyau magnétique.
Collecteur et balais. — Le collecteur d'un alternateur est formé de deux bagues métalliques montées sur l'arbre de l'induit ; ces bagues sont isolées entre elles et de l'arbre.
Le circuit induit part de l'une des bagues b, fig. 89, lorme l'induit I et se termine à l'autre bague b comme l'indique la figure.
Les balais peuvent être deux trotteurs C. Ci ordinaires, mais généralement on emploie de préférence deux demi -bagues constituées par des lames de ressort en cuivre écroui qui sont appliquées sur le collecteur.
Si la machine fournit un courant de très haute tension, on doit placer les bagues assez loin l'une de l'autre et les séparer par un anneau surélevé en matière isolante.
Pour éviter les accidents au personnel, il est d'usage d'envelopper collecteur et balais dans une boite à parois de verre (fig. 88) et d'entourer de caoutchouc les barres de prise de courants,
218 L'iiCLAIRAUE liLKCTIIIQUE
Excilalion des Inducteurs. — On emp}oie très sou-
Fi<,'. S3. - Prises de courants de l'alternateur Ferrsnti. vent une dynamo spéciale pour produire le courant né-
ALTEHNATEURS '21Q
cessaire à la formation du champ ma;^aétique inducteur.
Généralement cette dynamo est montée sur l'arbre même de l'alteroateur et est établie pour avoir la mémo vitesse normale que ce dernier. Elle est excitée en dérivation.
L'alternateur est dit alors à excitation séparée- C'est le cas le plus fréquent.
Quelquefois on utilise une partie du courant de l'alternateur qui est dit alors à auto-excitation : nous citerons, par exemple, l'application qui en a clé faite aux alternateurs Zîpernowski.
L'induit de la machine est fixe et entoure l'inducteur mobile : ilsconiprenneat l'un et l'autre même nombre de bobines ; supposons-en huit.
Sept des bobines induites sont reliées entre elles en série et les exiré- .^ ^
mités libres de leur circuit aboutissent auxbornes du circuit extérieur. C- C. C.
La huitième bobine est isolée des sept autres ; elle eti reliée par une paire de balais C. C. à un commutateur O monté sur l'arbre de rotation, et dont les deux segments communiquent chacun avec une bague à frolteur : les deux balais ô. i. forment les extrémités du circuit inducteur.
Le commutateur redresse le courant induit dnns la bobine huit et l'envoie dans le circuit inducteur.
La figure 90 montre la disposition des enroulements de la machine auto-excifatrice Zipcrnowski.
22U l'kclaiiiage électrique
Dans certaines machines on alimenteles inducteurs avec le courant dérivé du circuit principal de la façon suivante.
On monte le circuit primaire d'un transformateur en dérivation sur les bornes de la machine, et Ton conduit les extrémités du secondaire à une paire de balais frottant sur un commutateur monté sur l'arbre de la partie mobile de la machine, et dont les lames communiquent chacune avec bague collectrice à balais. Delà, le courant redressé est envoyé dans les inducteurs.
Alternateurs Compound. — Parmi les machines de cette catégorie, l'une des plus connues est celle du professeur Ëlihu Thomson; l'induit de cette machine est fixe et l'inducteur mobile.
Les bobines induites réunies en série aboutissent aux deux bagues collectrices ordinaires.
Les inducteurs inoins deux sont excités par le courant d'une dynamo shunt munie de deux rhéostats de réglage, l'un sur son enroulement inducteur, l'autre sur son circuit principal.
L'arbre de l'alternateur porte un commutateur dont les deux lames sont réunies à l'enroulement des deux bobines inductrices isolées^ d'une part, et au circuit principal d'autre part. Cette dernière connexion est faite de la manière suivante.
L'une des extrémités du circuit induit aboutit à Tune des touches du commutateur, tandis que l'autre touche est reliée à la bague collectrice ; et, entre l'induit et la première touche d'une part, et la seconde touche et la bague d'aulre part, aboutissent les deux extrémités d'un shunt fait de fil fin en maillechort.
Il en résulte que le courant principal doit traverser ou le commutateur ou le shunt.
ALTERNATEURS 221
L'excitation totale de la machine comprend donc deux courants, l'un constant produit par Texcitatrice et l'autre passant par le commutateur, variable et proportionnel au débit demandé à la machine.
Le rhéostat est ajusté pour compenser à 4 Yo près les variations de potentiel de la ligne.
Il n'y a donc lieu d'utiliser les rhéostats de Texcitatrice que quand il se produit une variation considérable sur la ligne. Ces rhéostats permettent aussi de réduire à zéro le courant sur le circuit principal sans couper ce dernier.
— La régulation de la force électromotrice peut être obtenue par la manœuvre d'un rhéostat comme dans le cas d'un courant continu ; elle peut être aussi réalisée par l'emploi d'un transformateur auxiliaire dont le primaire est relié aux bornes de l'alternateur et le secondaire est monté sur la canalisation. Ce dernier est divisé en un certain nombre de sections qui peuvent être mises toutes ensemble ou en partie sur le circuit d'éclairage par la manœuvre d'un commutateur.
Le transformateur relève la tension sur le circuit, et il est calculé de façon à produire une force électromotrice supplémentaire justement égale à la perte de charge maximum qui peut se produire sur le fœder.
Au fur et à mesure que la consommation diminue, et en même temps qu'elle la perle de charge, on retire du circuit des sections du transformateur.
Alternateurs pour distribution en série ou en dérivation. — Les machines destinées à un éclairage on série, c'est-à-dire celles qui doivent produire aux bornes une différence de potentiel variable avec le nombre de récepteurs en circuit, et un courant d'in-
LKGLAIRAGE ELECTRIQUE
tensilé constante, auront un induit à grande self-induction.
On obtient ce résultat en logeant les bobines induites dans un noyau ou en les enroulant sur ^de longues plaques de façon à leur donner une grande inertie magnétique.
Les alternateurs destinés, au'^contraire, à alimenter des lampes en dérivation, et par suite à donner un courant d'intensité variable et de force élecfromotrice constante, devront avoir une résistance d*induit et un coefficient de self-induction aussi faibles que possible.
Couplage des bobines induites. — On peut appliquer au couplage des bobines induites entre elles des principes analogues à ceux que nous avons vu utilisés dans les machines à courant continu.
Alternateur à haute tension. — Les bobines seront
toutes montées en série entre elles, ou divisées en groupes montés en quantité et réunis entre eux en série.
Le montage en tension est celui que nous avons indiqué dans Texposé des divers genres d'inducteurs.
Alternateur à basse tension, — Les extrémités de même nom des bobines sont réunies à un conducteur circulaire monté sur l'induit ; celui-ci portera donc deux conducteurs de cette nature l'un pour les bouts commençant et Tautre pour les bouts finissant, et chacun d'eux est relié à lune des bagues collectrices.
Fig. 91. — Groupement des bobines induites en tension.
ALTERNATEURS 2îi3
La figure 92 montre le^ mode de couplage en quantité.
Puissance (Tun alternateur. — La différence de phase entre la torce électromotrice due au champ et le courant influe sur la valeur de la puissance de la macBine.
Tw ^ ^f j Fiff. 92. — Groupement des bobines
Dans le cas d une dy- ^ produites en quantité.
namo produisant une
force électromotrice sinusoïdale simple on aurait :
Pm = E^i let ces o = V^ê^^T^^ cos 9
— ^ EoJo cos O
mi
= Pe.tR
hdi puissance diminue donc en 'même temps queTangle de décalage augmente, c'est dire que la self-induction de Pinduit est plus considérable. Les induifs à noyau de fer sont donc, sous ce rapport, toutes autres conditions égales, inférieurs aux induits sans fer.
Mesure de la puissance d'un alternateur. — La méthode la plus simple consiste à monter Talternateur sur un circuit sans self-induction et d'une section suffisante pour que réchauffement occasionné par le passage du courant n'en accroisse par sa résistance R d'une manière sensible.
A l'aide d'un voltmètre et d'un éleelrodynamomètre on aura de suile les valeurs de ht et de £'ef .
La valeur de Pm se calculera aisément à l'aide d'une des formules ci-dessus, mais on remarquera que cos ? = 0 puisque le circuit extérieur est dépourvu de self-induction.
On aura donc :
Pu,
— liet.Iet
— P,îR
Dans le cas où le circuit extérieur possède un coefficient de self-induction Z il faut calculer le décalage^ c'està-dire cos o, et Ton peut appliquer Tune des deux méthodes suivantes.
Dans l'une on calcule :
ces CP =
On connaît, bien entendu, la résistance du circuit extérieur, son coefficient de self-induction L et la période T du courant.
La seconde méthode consiste à calculer :
quotient deTinductance par la résistance extérieure, à en déduire la valeur de ? et de là celle de cos ?.
On peut quelquefois avoir besoin de connaître le coef-
ALTERNATEURS 225
fîcient de self-induction d'un alternateur. On utilisera la formule :
rêf
L = :y~ JEKi — Pei {r -+- Ëy
dans laquelle r est la résistance de l'induit en ohms.
COUPLAGE DES ALTERNATEURS
Couplage en série. — Pratiquement, deux alternateurs ne peuvent être montés en série.
Quand bien même leur temps périodique serait le même, il arriverait toujours un moment où l'une des machines ralentirait, sous l'effet d'un glissement de la courroie par exemple, et il en résulterait un décalage.
Dans la suite, l'action réciproque des deux alternateurs aurait pour effet d'augmenter ce décalage pour en arriver à une extinction complète des lampes. L'une des machines marcherait comme génératrice et l'autre comme réceptrice.
' Ce couplage n'est réalisable que si les deux machines sont montées sur le même arbre.
Différents dispositifs ont été proposés pour réaliser ce couplage, mais ils n'ont pas, à notre connaissance, reçu d'application pratique.
Couplage en quantité. — Par contre, deux alternateurs de même périodicité s'accouplent fort bien en quantité, et cette disposition est très employée dans les stations centrales.
Cette manœuvre est beaucoup plus compliquée que dans le cas des machines à courant continu, car il y a lieu de tenir compte des phases des courants.
L KCLAIRAGE KLKCTRIQUE
Si Ton faisait le couplage à un moment quelconque, les deux alternateurs tendraient à se mettre eu concordance de phase, brusquement, et il en résulterait une secousse susceptible de briser la courroie. Si la puissance motrice s'oppose au ralentissement de la machine en avance, cette dernière marchera comme génératrice sur l'autre qui fonctionnerait comme réceptrice : le débit du premier se trouve augmenté et compromet sa sécurité.
Le couplage peut, au contraire, être effectué au moment précis où les phases se superposent, c'est* à-dire quand la différence de potentiel est nulle entre deux bornes appartenant chacune à Tuu des alternateurs.
Si, l'un de ceux-ci étant en circuit, on relie entre elles une borne de chaque machine et les deux autres par une résistance convenable contenant une lampe à incandescence, on remarque que l'éclat de celle-ci varie de 0 à un maximum. Le temps nécessaire à cette
variation est d'autant ^ plus long que les phases des deux machines sont plus près de la concordance.
La lampe brille de son plus grand éclat quand, les deux phases étant en discordance, la différence de tension entre les deux bornes
Fig. 93. — Indicateur de phases. i , , .
de la raachme est maximum ; elle s'éteint, au contraire, quand cette différence
ALTERNATEURS 227
est nulle, les deux phases étant en concordance : c'est donc quand la lampe est éteinte que Ton doit mettre en circuit le second alternateur.
Un phénomène optique étant facilement décelable, on a utilisé la variation d'éclat d'une lampe pour déterminer rinstant propice au couplage.
L'appareil employé porte le nom d'indicateur de phases ; sa construction varie d'une fabrique à l'autrlB mais son principe reste le môme, et nous nous bornerons ici à indiquer la marche à suivre pour faire ce couplage en quantité.
Soient A l'alternateur en circuit et B ralternateur à coupler en quantité pour alimenter le circuit principale. G. G : ils sont supposés à excitation indépendante et commandés chacun par un moteur.
L'indicateur de phases est représenté schéjnatiquement fîg.' 93 par un noyau de fer portant trois en* roulements dont deux sont respectivement en dérivation sur chaque alternateur et le troisième monté en série sur la lampe témoin L.
Le couplage s'effectuera comme suit : on couple les deux excitatrices a, h munies chacune d un rhéostat dont la manœuvre permet à ce moment de conserver sa valeur au courant de a.
On imprime à B sa vitesse normale, on ferme fj et on lance le courant combiné des deux excitatrices dans les inducteurs de B. On intercale ensuite dans le circuit de B une résistance égale à celle du circuit de A.
On ferme ensuite les circuits G. C^. Cg de l'indicateur de phase et Ton suit les variations d'éclat de la lampe L. Quand celle-ci est à l'extinction on ferme Ij et Ton supprime peu à peu la résistance intercalée sur B.
228 L'ÉCLAIUAriE ÉLECTRIQUE
Le couplage se trouve effectué. H n'y a plus lieu de s'en occuper, l'action réciproque des deux machines tendant à ramener la concordance des phases.
— Les dynamo auto-régulatrices ne peuvent être couplées par suite de la forme ondulatoire du courant d'excitation redressé.
On ne peut coupler que des alternateurs à excitation séparée.
