RÉGULATEURS AUTOMATIQUES DE TENSION
RÉDUCTEURS POUR ACCUMULATEURS.
Rhéostats.
Ainsi qu'on la vu à différentes réjprises, il est souvent nécessaire de taire varier la résistance d*un circuit d'éclairage ou celle de Tenroulement inducteur d'une machine. On obtient ce résultat en retirant ou intercalant en série, plutôt qu'en dérivation sur ces circuits, des réiislances additionnelles.
On construit des appareils renfermant des î^ésistances laites d'un métal approprié et dont on peut ajouter ou retirer la totalité ou une partie seulement par la manœuvre d'une manette ou d'un volant. Ces appareils sont appelés rhéostats et nous donnerons la description des modèles les plus couramment employés.
Disons tout d'abord que les fils de rhéostat sont généralement en ferro-nickel, maillechort, nickeline, kruppine, ou autre alliage de haute résistance.
Le modèle le plus simple est le suivant :
Un cadre rectangulaire (Fig. 95) porte un certain
RHÉOSTATS 123
nombre de boudins t,t,.., en ferro -nickel, réunis deux
Fig. 05. — Schcroa d'j rhi^oslat à oianelte.
Fig. CG. — RUéosUt a manette.
124 L'ÉCLAmAQE ELECTRIQUE
à deux par de; bandes ;j de cuivre. Ces bandes sont reliées cbacune à l'un des plols d'un interrupteur à manette.
Le rhéos'at devant être en série sur le circuit considéré, on coupe l'un des lils de ligne et l'on en fixe un des bouts C au plot de la^ manette M et le second C au premier plot des boudins.
Si l'on met la manette sur ce dernier plot, le rhéostat est hors circuit et son actiou est uulle; mais si l'on fait passer la manette successivement d'un plot sur l'autre, en s'éloignant du premier, on intercalera chaque fois un boudin de plus sur la ligne dont la résistance se trouvera augmentée d'autant.
Les ligures 97 et 98 représentent les rhéostats à curseur construits par M. Bardon.
Le fil est enroulé autour de quatre barres formant
Fig. 97. — Rhéostat k curseur Bai-don.
lés arêtes d'un prisme : les vides assurent le refroidis-
RHÉOSTATS l'2o
Le curseur se meut sur un guide relié à Tune des bornes ; sou déplacement permet d'augmenter o u de réduire la résistance introduite sur la ligne.
Cettedispositioa est très employée pour régler le champ des machines peu puissantes.
Pelit rhéostat Cance {Fig. 99).— Très employé pour
le réglaee des cir- ^'B- **■ — Rhéostat à curseur muni d'un ., , , , interrupteur et d'un coupe circuit Bar-
cuits de lampes » j^jj, "^
arc, il est formé
d'un fil de maillechort enroulé aulour d'un cylindre
dont il est séparé par des
bandes épaisses en amiante ;
l'une des extrémités du lil de
maillechort est reliée à l'un
des bouts du fil de ligne.
Un curseur muni d'une molette, qui porte sur le fil de maillechort, glUse parallèlement à l'axe du cylindre le long d'un guide relié à
l'autre extrémité du fil de Fig.S^.-Petitrhéo^tatCance.
ligne.
L'on conçoit aisément que, en faisant avancer ou re-
culerle curseur/on ajoute au circuit ou on en retire un cerlaîn nombre de spires de maillechort et que, eii le poussant à l'une ou à Tautre des extrémités du •cylindre, on puisse mettre toutes les résistances hors circuit ou toutes les y intercaler.
Grand Rhéostat Cance. — Ce rhéostat à tambour fixe, à curseur tournant et à fil de diamètre variable (Fig.lOO),se compose essentiellement d'un tube cylindrique vertical, fixe, en fer émaillé E sur lequel est enroulé un fil de ferro-nîckel à section croissante.
Ce tube est supporté par un socle en bois auquel il est Solidement fixé par trois boulons verticaux serrant en même temps deux plaques circulaires H^ et Hg, dont l'une, à la partie inférieure, est en ardoise pour isoler le cylindre.
A l'intérieur et dans Taxe de ce cylindre, est un arbre vertical N tournant danaune crapaudine placée sur le socle inférieur, et maintenu à la partie supérieure par un disque en bronze D.
Sur l'arbre N est calée une roue en fonte D2 ; cette roue supporte trois^ tiges verticales en cuivre T liées à la partie basse par une couronne de cuivre D3. Celle-ci est maintenue dans son roulement par des galets G.
Le long des tiges verticales T peut se déplacer un ensemble de deux couronnes P,, P2, en cuivre, maintenues constamment par des tiges en contact avec les frotteurs.
Ces couronnes servent de support à trois galets à gorge dont les axes sont verticaux ; des ressorts appropriés les appuient continuellement sur le fil enroulé sur le cylindre. Un seul galet eût suffit pour la
RHÉOSTATS 127
prise de courant; mais au moyen de trois galets on assure le guidage concentrique dans la rotation ainsi que le contact parfait.
Les prises de courant se font sur le socle au moyen
Fig. 100. — Grand rWoatalCaiice, "-
de deux bornes; l'une d'elles est reliée à l'extrémilé supérieure du fil de ferro-nickel, et l'autre à un frotteur s'appuyaut sur l'arbre N ; cet arbre est soli*
128 l'églaiuage électrique
daire de la roue D, et par conséquent des tiges T ainsi que des galets G.
Comme le cylindre E est isolé, on voit que le courant venant d'une des bornes arrive par la partie supérieure du fil, passe par les galets et traverse ensuite le système mobile pour sorlirpar la borne opposée.
Le fonctionnement de cet appareil est facile à comprendre ; les galets g sont constamment appuyés sur le fil du cylindre E qui est fixe et sont solidaires des deux couronnes Pj, P^ qui ne peuvent que monter ou descendre le long des tiges T en tournant avec elles*
Ces galets constituent donc une sorte d'écrou à un filet se vissant ou se dévissant sur le fil de ferronickel. On peut ainsi intercaler dans un circuit une résistance d'une très grande exactitude, et cela en passant par des fractions infiniment petites.
En résumé, on obtient par ces dispositions un rhéostat peu volumineux eu égard à l'étendue de son action demandant peu d'efforts pour sa manœuvre^ et avec lequel on peut régler la résistance rapidement avec la plus grande précision, aussi bien quand il s'agit de variations très faibles que de variations très fortes.
Rhéostat Whiltingham, — Chaque bobine de résistance est enfermée dans un tube ayant une grande surface refroidissante (analogue aux tubes qui servent au chauffage par la vapeur) ; l'intervalle entre le fil et le tube est rempli par une substance bonne conductrice de la chaleur. L'appareil est composé de plusieurs de ces tubes, entre lesquels l'air peut circuler librement.
Un rhéostat de ce système, ayant pour dimensions
RHÉOSTATS 120
extérieures 38X25X6,2 cenlimèlres, possède une surface refroidissante de 40 décimètres carrés environ. Chaque tube forme une sorte de résistance blindée, avec une borne à chaque bout. Il a 38 centimètres de long et 28 millimètres de diamètre. Il peut absorber 250 watts et être disposé pour 500 volls. Le rhéostat dont il est question ci-dessus peut absorber 3.000 watts d'une façon continue, et beaucoup plus lorsqu'il s'agit d'un travail intermittent. •
Bégulaleur automatique de tension Thury. — Il est formé de trois parties principales : un solénoïde S eh dérivation entre les points MN entre lesquels la différence de potentiel doit être maintenue constante/un relai, deux électro aimants EE' en dérivation sur M et A^ et un arbre XY portant trois cônes de friction PQR animés d'un mouvement de rotation continu (Fig. 101).
Le solénoïde renferme un novau de fer doux F appuyé sur un levier L qu'un ressort réglable maintient à égale distance de deux butoirs b b tant que la différence de potentiel en MN conserve sa valeur normale. Ces deux butoirs sont montés chacun sur l'un des électro-aimants dont le circuit peut être fermé par un contact avec le levier L.
Si la différence de potentiel entre M et N vient à varier dans un sens ou dans l'autre, le noyau du solénoïde monte ou descend et prend contact avec l'un des butoirs, mettant ainsi en circuit l'un des électroaimants du relais. L'armature KO est attirée vers l'un ou l'autre des électro-aimants et fait glisser parallèlement à lui-même l'arbre XY. L'un des cônes de friction vient en contact avec le cône d'angle R qui
ItHJ L ECLAIRAGE ELECTRIQUE
prend un inouvomeRt de rolatioti vers la droite ou vers la gauche suivant qu'il a été en contact avec P ou avec Q. Le cône R engrenant avec la manette f{ du rhéostat, des résistances sont ajoutées ou retirées
Fig. 101. — Régulaleur automatique de tension Thury,
jusqu'à ce que le levier L quitte le butoir, ce qui arrive quand la différence de potentiel entre M et N a repris sa valeur normale.
Dériveur extincteur Bardon. — Cet appareil destiné à être placé en dérivation aux bornes de lampes en série a pour objet de prévenir les ruptures de circuit qui pourraient se produire à l'intérieur du régulateur, en remplaçant momentanément ce dernier par uoe résistance équivalente à celle dé l'arc.
Celte opération se fait automatiquoracnt ; mais,
RHKOSTATS 131
dans certains cas, elle peut éire faite à l'aide d'un commutateur, au gré de l'opérateur.
L'appareil (lig. 102) est constitué par un solénoïdc enroulé de lil fin et branché sur les bornes des lampes ;
Mu. 102. — Dëriveui' estincleur Boi'don.
il comprend en outre un rhéostat et un commutateur à deux directions.
Quand la diiïérence de potentiel aux bornes dépasse sa valeur normale, le solénoïde agit par attraction sur un levier dont une des extrémités vient faire contact avec une butée fixe ; le rhéostat se trouve substitué à la lampe.
Si le régulateur revient à son état normal, les char-
132 l'éclairage klegtrique
bons reprenant contact, la différence de potentiel aux bornes de la lampe devient nulle^ et le solénoïde abandonne le levier qui, sollicité par un ressort antagoniste, reprend sa position primitive : la lampe revient en circuit et se rallume.
Le commutateur à deux directions monté sur le socle de Fappareil permet de mettre la lampe hors circuit en lui substituant le rhéostat : grâce à cette manœuvre on peut changer les charbons pendant les heures d'éclairage.
Veilleur en tension Bisson Berges. — Il est formé d'un boudin de maillechort serré contre la gorge de poulies de porcelaine placées aux bouts des bras d'une étoile : les extrémités de la résistance aboutissent aux bornes que Ton voit sur la gauche (flg. 103).
Ce veilleur se monte sur la cheminée même de la lampe ou dans la rosace de suspension (Fig. 104).
Veilleur en tension Mornat Lan-glois. — 11 est construit pour être
^' Bitsor7Blrt^^^^^^ P'^^^ ^^'* ^^^^ ^^ ^^^^^ ^^ Candélabre,
soit le long d'un mur, à proximité de
la lampe à compenser.
On fiice les deux fils de dérivation aux bornes placées au sommet du cadre (Fig. 105).
Si la lampe s'éteint, l'armature mobile de l'électroaimant du veilleur bascule et substitue la résistance d'un rhéostat à celle de l'arc éteint; la résistance du circuit est maintenue constante.
Cette résistance se trouve ainsi réglée, automatiquement de façon à maintenir la différence de potentiel constante.
BOBINES DE ItÉACTION 133
Bobines de réaction. — Nous avons eu l'occasiou de parler déjà des bobines de réaction que l'on emploie sur les circuits à courants alternatits comme rhéostats, soit pour compenser la suppression de lampes à arc éteintes, soit pour régler la différence de potentiel aux bornes.
La figure 106 représente un de ces appareils destinés à compenser des lampes à arc.
Deux noyaux de fer réunis par des armatures sont recouverts ^ie. i04.
d'un enroulement en
série sur celui des lampes et que l'on fixe aux deux bornes visibles à la partie supérieure de la figure.
Les phénomènes de selfinduction qui prennent naissance dans les enroulements produisent la perte de charge voulue.
Il va de soi que les élé-
ments de la bobine va-
Fig. 105. - Veilleur
rient avec le nombre de Uomat Langiois<
i34 l'kglaibagé klegtriquë
lampes ou la résistance que celle-ci doit compenser. Régulateur automatique de tension Fabius flenrion. — Une transmission mécanique anime un double cliquet d'un mouvement de va et vient sur deux roues dentées en sens inverse solidaires l'une de l'autre.
Un fléau horizontal porte l'une de ses extrémités une tige de fer doux qui peut être aspirée par un solénoïde ;
l'iK. 1U6. -Bobine de réaction ,, ,, ,- ,
pour umpe h arc. "^elte attraction est con-
trebalancée par un curseur mobile de telle sorte que, dans une marche normale, le fléau oscille entre deux pointes. Ce fléau est relié à l'un des pôles de la dynamo. Si la tension varie, le fléau vient buter sur l'une des pointes précitées cl lance le courant dans l'un ou l'autre des électros qui forment relais.
Le douhlti cliquet attiré par l'un des électros bascule k droite ou i gauche et agit sur l'une des deux roues deukVs ; et suivant que l'une ou l'autre de ces deruii'-ros est mise en mouvement, une manette fixée en leur centre se déplace sur les touches d'une résistance variiible moulée en série sur le circuit d'excitation do la dynamo.
Hègutateur automatique de tension Blathy, — Cet
BÉGULATEUaS AUTOMATIQUES DE TENSION 135
appareil se compose d'un solénoïde S traversé par le courant à régler, d'un noyau de fer doux M mobile plongé dans le solénoïde et portant à sa partie supérieure un godet G plein de mercure.et enfin du rhéostat R proprement dit dont la manette est remplacée par un certain nombre de tiges métalliques, partant des résistances, et de longueur croissante d'une extrémité à l'autre de l'appareil {Kg. 107).
Suivant l'intensité du K
courant qui traverse le solénoïde, le noyau de fer doux descend plus ou moins, et le nombre des tiges plongées dans le mercure diminue ou augmente.
Comme le nombre des résistances intercalées dans le circuit est égal à celui des tiges qui plongent dans le mercure, on conçoit que les varjalions d'intensité du courant se compensent par leur action sur le rhéoslal. y\z- i07. -bik^osUi Bhiuy.
Régulateur automatique de tension Hopfer (Fig. !08). — Il ressemble beaucoup à celui de Blathy et comprend, comme lui, un godet de mercure porté par le noyau mobile d'un solénoïde S et dans lequel plonge un nombre variable de tiges N qui mettent chacune une résistance en série sur le circuit. Un bras de levier raonlé sur le noyau fait
136 l'églaibaoe électrique
manœuvrep une pompe à air g pour amortir les mouvements trop brusques du noyau.
Régulateur automatique de tension Houghion. — Un solénoïde SS (Fig. 109) enroulé de (il fin est monté en dérivation sur les bornes du circuit principal ; il enveloppe un noyau de fer doux F suspendu à un ressort réglable R, et porte, à sa partie inférieure, un noyau en ébontte E. Ce dernier plonge dans un vase V rempli de mercure et dont les parois laissent passer, à différents niveaux, les extrémités des résistances R.
Quand l'inlensilé du courant baisse dans le solénoïde, le noyau de fer descend, le niveau du mercure !•■ ino DU ... II r monte dans le vase V
F]g. 108. — Rhéostat Hopfer.
et une partie des résistances est retirée du circuit. Si, au contraire, l'intensilé augmente, le noyau remonte, le niveau du mercure baisse et des résistances sont ajoutées.
Rhéostat Mac Creary pour lampes à incandescence. — Ce pelit appareil a la forme extérieure d'un interrupteur ordinaire à bouton et se prête à l'allu-
CALCUL d'un rhéostat 137
mage de la kmpe, à soa extinction ou à sa mise en
i veilleuse au degré que l'on désire. Il permet donc de
régler à volonté l'éclat de la lumière, et par suite la consommation de la lampe, ce qui présente un réel intérêt dans les inslallalions où le potentiel de dislribntion n'est pas absolument fixe.
Ce résultat est obtenu par une liaison entre le plot d'allumage et une tige' de
I charbon incurvée,
I fixée dans le socle de
r l'interrupteur et por-
tant une sérié de plots secondaires sur lesquels passera la ma-
I nette commandée par
I le bouton.
On pourra donc, en manœuvrant le ' bouton, intercaler en série sur le lilament de la lampe une longueur plus ou moins pjg. loa. RWogtat Houghtoa.
, grande de la baguette
I de charbon, ce qui provoquera un abaissement pro-
' portionnel de la tension aux bornes de la lampe et par
[ suite de l'éclat de cette dernière; on obtiendra l'ex-
\ tinction totale en faisant passer la manette sur le der-
: nier plot qui est isolé de la baguette de charbon.
' Etablissement d'un rhéostat. — On a souvent be-
soin d'établir un rhéostat de toutes pièces ou d'en modifier un déjà en usage ; il convient d'employer un fil qui possède à la fois, non seulement une résistance convenable, mais encore un diamètre approprié et, partant, une surface extérieure suffisante pour éviter un échauffement dangereux.
Si l'on désigne par d le diamètre du fil en centimètres, / sa longueur en centimètres, s sa section en centimètres carrés, p sa résistance spécifique en ohmscentimètre, R sa résistance en ohms, S sa surface de refroidissement en centimètres carrés, P la puissance dépensée, on aura :
Tzd*
4 ira*
Si Ton appelle k le quotient de la puissance dépensée en watts par la surface nécessaire pour les dissiper sans échauffement dangereux, on a :
P = Sk et d ^=
On prend généralement A: = 0, 1 à 0, 15 par watt et par centimètre carré.
Un exemple numérique montrera mieux la manière de conduire ce calcul.
Exemple. — Calculer un rhéostat capable d'abaisser de 100 à 90 volts la différence de potentiel entre deux points d'un circuit ; l'intensité du courant est de
CALCUL d'un rhéostat 139
30 ampères; la résistance spécifique du fil.de rhéostat, de 25.10'® ohm-centimèlre.
En prenant A = 0,2 on a :
, /4 X yoo X :io X 10-«
En effectuant les calculs, on trouve :
rf = 0, 36 centimèlre.
Tel est le diamètre du fil à employer pour éviler un échauffement dangereux. Il reste à calculer la longueur à donner à ce fil pour provoquer une perte de charge de 10 volts. On a:
d'où:
Le fil de 0,36 centimètres, de diamètre et de résistance spécifique 25. 10 " ® ohms-centimètre a une section de 0,1 centimètre carré, et Ton obtiendra la longueur à lui donner en calculant la longueur correspondant
à 3 d'ohm. On a :
d'où :
X z= 13, 33 mètres.
Le rhéostat devra être fait avec 13,33 mètres de fil du métal considéré, de diamètre de 0,36 centimètre. — La transformation d'un rhéostat déjà en service
peut se présenter sous trois formes différentes : on veut accroître la puissance du rhéostat, tout en conservant le fil déjà en place, ou remplacer le fil déjà en place, ou bien encore remplacer le fil ancien par un autre de nature différente.
Les solutions de ces cas donnent celles de tous les autres.
1«' Cas. — Pour accroître la puissance du rhéostat en service, on devra ajouter une longueur suffisante soit d'un fil identique à celui qui existe, soit d'un fil différent tant comme nature que comme diamètre. Gela revient à calculer un rhéostat en un fil d'un métal déterminé produisant un effet de... avec un courant de..^
C'est le cas que nous avons examiné plus haut.
2® Cas. — Si Ton ne connaît pas, et c'est l'exception, l'intensité maxima du courant qui peut traverser le rhéostat et la chute de potentiel qu'il produit, on mesurera tout d'abord la longueur et le diamètre du fil posé, d'où l'on déduira à l'aide de la formule :
7t /Ad'
l'intensité maxima du courant, puis la résistance ohmique. Ces deux éléments donneront la perte de charge E maxima que l'ancien rhéostat produisait ;
