COURANTS POLYPHASÉS EN COURANT CONTINU

La transformation des courants polyphasés encourant continu se fait actuellement à l'aide de deux séries d’appareils bien distinctes : les permutairices et les commutatrices ou convertisseurs .

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Nous désignons sous le nom de permutairices des appareils transformant les courants alternatifs polyphasés en courant continu en laissant fixer tous les organes qui sont le siège de phénomènes d’induction, et en ne faisant tourner que les organes servant au redressement , à la commutation ou aux permutations des connexions nécessaires à la transformation L C’est une extension du principe du redressement des courants par commutation et permutation opportune des bobines induites.

Les permutatrices transforment les courants alternatifs polyphasés (diphasés ou triphasés) en courant continu en utilisant un organe de transformation et un organe de commutation ou de permutation. Supposons, pour fixer les idées et simplifier le raisonnement, qu’il s’agisse de courants alternatifs diphasés.

Alimentons avec les deux courants diphasés les primaires de deux transformateurs ; les

1. Les permutatrices sont le résultat des études à peu près exclusives de M. Maurice Leblanc. Ses premiers appareils reçurent le nom fantaisiste, aujourd'hui abandonné, de panchahuleurs. Le nom qui leur conviendrait exactement, on le verra par la discription, serait de Commutatrice , appliqué malheureusement à des systèmes qui fournissent le même résultat par des moyens différents. Le nom de transformateurs-redresseurs est mal choisi, car l'appareil fait plus qu'un simple redressement Le nom de perrnulatrice a l’avantage de bien mettre en relief le caractère principal, essentiel, a ce système de transformateurs, et c’est ce qui nous le fait adopter.

deux courants étant diphasés de un quart de période, nous pourrons les distinguer en donnant au premier circuit le nom de circuit sinus et au second celui de circuit cosinus.

Disposons sur chacun des noyaux des transformateurs n bobines renfermant un nombre de spires variables d’une bobine à l'autre, et relions ces bobines entre elles, deux à deux, de façon à former n groupes renfermant chacun deux bobines en tension. Si le nombre de spires est convenablement choisi, on pourra obtenir que les n forces électromotrices alternatives développées

dans ces n paires de bobines soient égales, mais qu’elles soient déplacées de— de période, car

chacune d'elles pourra être représentée, en grandeur et en direction, par l'hypoténuse d'un triangle rectangle dont les côtés de l’angle droit seront respectivement proportionnels aux nombre des spires sinus et cosinus qui constituent la paire de bobines. Lorsque l'on veut transformer des courants triphasés en courant continu, les n groupes des bobines sont formés chacun de trois bobines à nombre de spires variables d'une bobine à l'autre, induites par les trois primaires et couplées en tension. La force électromotrice résultante est la somme vectorielle des trois forces électromotrices déphasées d un tiers de période.

Les n paires de bobines sont donc assimilables aux n bobines d’un anneau Gramme. En les couplant en tension entre elles et en les reliant à un commutateur (permutateur) convenable, on recueillera du courant continu sur les balais, courant d'autant plus continu que les bobines élémentaires seront plus nombreuses. Pour obtenir ce résultat, M. Maurice Leblanc utilise deux dispositifs, l’un à balais lixes et à permutateur tournant, l’autre à permutateur fixe et à balais tournants.

Le type à balais lixes figurait seul à l’Exposition ; le type à balais tournants n’a pu être prêt à temps pour y figurer.

Permutatrice à balais fixes. — Les permutatrices à balais fixes ont un collecteur tournant commandé par un petit moteur synchrone. Chacune des n touches du collecteur est reliée aux points d’attache des n bobines élémentaires successives par une bague tournante collectrice reliée à ce collecteur, contre laquelle s’appuie et vient frotter un balai de contact relié à l'un de ces points d’attache.'

Cette construction ne permet pas d’employer un trop grand nombre de bobines élémentaires, 12 ou 18 au plus, sous peine de donner au système tournant une longueur démesurée. Pour qu'avec les fréquences employées, il ne soit pas nécessaire de donner au collecteur des dimensions et des vitesses excessives, le moteur synchrone a 4, G ou 8 pôles, et comporte 2, 3 ou 4 séries de touches dont les homologues sont connectées en dérivation. Des lignes de balais, en nombre égal à celui des pôles du moteur synchrone, recueillent le courant simultanément et permettent de réduire dans de grandes proportions la longueur du collecteur.

Permutatrice à balais tournants. — Pour pouvoir augmenter à volonté le nombre de bobines élémentaires, et faciliter ainsi la commutation, les nouvelles permutatrices comportent un collecteur fixe creux , à l’intérieur duquel viennent frotter des balais tournants appliqués par la force centrifuge. Le courant, rendu disponible sous forme continue aux extrémités de ces balais tournants, est recueilli à l’aide de deux balais fixes appuyant sur deux bagues collectrices reliées électriquement, l’une à toutes les lignes de balais positifs, l’autre à toutes les lignes de balais négatifs.

Pour des raisons de symétrie et de bon contact des balais, l’axe tournant portant l’induit du moteur synchrone, les balais et les bagues collectrices, est disposé verticalement.

Le moteur synchrone porte un enroulement compotmd étudié pour réaliser un décalage automatique des balais en fonction de la charge.

TRANSFORMATEURS INSTANTANÉS OU IMMÉDIATS 1-47

COMMUTATRICES OU CONVERTISSEURS

Los commutatrices transforment les courants alternatifs | >olv pliasés en courant continu à 1 aide d'un induit mobile à courant continu recevant les courants polyphasés par des bagues et fournissant du courant continu aux bornes de balais frottant sur le collecteur. Suivant la forme du courant à transformer, les commutatrices sont diphasées, triphasées ou hexaphasées.

La Société d’Applications industrielles avait son Exposition dans le pavillon spécial qui lui avait été concédé à l’Esplanade des Invalides en dessous de la plate-forme mobile.

Dans ce pavillon se trouvait une commutalrice Aliotli de 300 kw à courant diphasé et •42 périodes par seconde. Le courant alternatif diphasé, produit à l’usine de l’Exposition, avenue de Labourdonnais, était amené au pavillon de l’Esplanade par deux câbles souterrains à la tension de 2 000 volts. Ce courant était ramené à la tension de 400 volts par deux transformateurs à courants alternatifs simples de 200 kw chacun, branchés sur chacune des phases du courant diphasé. Le courant alternatif à 400 volts était transformé par la commutatrice en courant continu à la tension de 530-550 volts.

Le démarrage de la commutatrice était obtenu au moyen d’un groupe de démarrage composé d’un moteur asynchrone diphasé de 35 kw à 400 volts, actionnant par manchon d’accouplement une génératrice à courant continu de 30 kw à 550 volts.

Le démarrage du moteur asynchrone s’effectuait au moyen d’une résistance intercalée dans l’induit, que l’on enlevait progressivement, à mesure que la vitesse s’accélérait. L’induit était ensuite mis en court-circuit.

Un tableau à haute tension placé à l’arrivée du courant portait un interrupteur à haute tension et des coupe-circuits.

Un grand tableau portait tous les appareils à basse tension, le rhéostat de démarrage de la commutatrice et les rhéostats de champ.

T. a seconde installation se trouvait dans le sous-sol du grand Balais, avenue d’Anl.in. Elle comprenait une commutatrice triphasé de 200 kw.

Le courant alternatif triphasé était fourni par l'usine de l'avenue de Labourdonnais à la tension de 3 000 volts entre fils. Un transformateur triphasé ramenait la tension à 350 volts tension simple. La commutatrice recevait le courant alternatif au moyen de 0 bagues reliées chacune à l’extrémité des phases du transformateur. Le démarrage de la commutatrice se faisait de même qu'à la commutatrice de 300 kw au moyen d’un groupe de démarrage composé d’un moteur asynchrone triphasé à six fils et d’une génératrice continue à 550 volts. Les commutatrices étaient installées pour le compte de l’administration de l'Exposition universelle. Celle de l'Esplanade des Invalides fournissait l’éclairage de l’Esplanade des Invalides et la force motrice nécessaire aux exposants. Celle du grand Palais fournissait l’éclairage de l’avenue Nicolas II et des jardins du Cours la Reine.

Les données relatives à ces commutatrices sont résumées dans le tableau d’ensemble de la page 50.

Commutatrice de 500 kilowatts de la Société alsacienne de Constructions mécaniques. — Cette commutatrice est établie pour une fréquence de 25 périodes par seconde et est disposée pour recevoir du courant à six phases et pour fournir du courant continu à 550 volts [fia. 53).

L'emploi du courant à six phases au lieu de courant triphasé a l’avantage d’augmenter considérablement la puissance d’une commutatrice de dimensions données; à échauffement égal, un induit donné peut produire 100 kilowatts, s’il esl alimenté en courant triphasé, et 4 45 kilowatts s’il est alimenté en courant à six phases. Le courant alternatif pénètre dans l’induit par un nombre de connexions double, et la perte par RI2 est sensiblement diminuée de ce fait; de plus, les spires de l’enroulement étant parcourues par une intensité variable suivant leur position

L’ ELECTRICITE A L’EXPUSITION

relativement aux connexions alternatives, la chaleur dégagée est mieux répartie sur l'ensemble de l’enroulement.

Pour obtenir le courant à six phases, il n'est nullement nécessaire d’avoir recours à des génératrices et à des canalisations à six phases ; les transformateurs alimentés à courant triphasé dans leur circuit primaire permettent d’obtenir sans difficulté le courant à six phases.

Les transformateurs peuvent être disposés suivant différents schémas qui ont chacun leurs avantagés et leurs inconvénients. Nous avons employé les uns et les autres; mais nous nous sommes arrêtés à celui qui assure la plus grande simplicité dans la construction des transformateurs et dans leurs connexions. Ce but est atteint par le schéma n° 4, dans lequel les transformateurs sont du type normal; les primaires sont en triangle et les extrémités des secondaires reliées simplement sans autres connexions à deux des bagues de la connnutatrice. Cette solution donne au démarrage une légère difficulté que l’on supprime complètement par l'emploi, entre transformateur et commutatrice, d'un interrupteur triple. L’emploi du courant à six phases reste dans ces conditions d’une extrême simplicité.

Fig. 33. — Commutateur hexaphasé de la Société alsacienne de Constructions mécaniques.

Les essais successifs qui ont été faits ont accusé un rendement en pleine charge de 95.5 pour 100 et à demi-charge de 92,5 pour 100. Les pertes se décomposent comme suit ;

Excitation . • . 0,8 pour 100

Frottements hystérésis, courants de Foucault . 2,9

Pertes par RI2 dans l’induit . 0,7

Le courant de court-circuit est 2, 3 fois le courant normal ; cela permet de prévoir, ce que l’expérience a prouvé, que la surcharge que ces appareils peuvent produire sans se décrocher est plus considérable que la pratique ne l’exige.

Le type de commutatrice exposé est alimenté par 3 transformateurs triphasés de 170 kilowatts. Ces transformateurs sont du type à noyau; les bobines sont juxtaposées de façon à réduire au minimum les fuites magnétiques. Le rendement de cet appareil est de 98 pour 100; les pertes étant sensiblement de 1 pour 100 dans le fer et 1 pour 100 dans le cuivre.

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TRANSFORMATEURS INSTANTANÉS OU IMMÉDIATS

La chute de tension qui se produit dans un groupe complet de transformateurs et commutatrices, n'est que de 4 à 5 pour 100 entre la marche à vide et la charge normale. Cela a permis de renoncer pour certaines installations à tout réglage de tension, soit par compoundage, soit par un autre moyen, et de réaliser ainsi des installations d’un montage simple et d'une exploitation facile.

Réglage des commutatrices. — Pour maintenir la différence de potentiel aux bornes du courant continu sensiblement constante, malgré les variations de la charge, on emploie plusieurs artifices.

La Compagnie française Thomson-Houston intercale dans les circuits secondaires alimentant la commutatrice des bobines de réaction.

La Société' alsacienne de Constructions mécaniques utilise le survolteur triphasé décrit précédemment.

La Société industrielle d' Électricité (Procédés Westinghouse) fait varier le rapport des nombres de spires primaires et secondaires du transformateur alimentant la commutatrice, ou d’un transformateur auxiliaire constituant un réducteur.

Dans les installations de tramways, pour lesquelles le réglage n’a pas besoin d’être très rigoureux, la Société alsacienne le supprime complètement en construisant les appareils de transformation, pour que la différence de potentiel entre la marche à vide et la marche à pleine charge ne dépasse pas 5 pour 100.

COMMUTATRICES