RIC1TÉ

; fois par seconde qui est

ontinu, la puissance disest le produit de l'intenfférence de potentiel qui i ; dans le cas du courant i la puissance est variable : l'énergie par période est urrait, dès lors, supposer .née moyenne, ou énergie ultipliant la valeur de la insîté efficace. Maie, en nsi : il faudra bien pour

produit précédent, mais lier lui-même par un facque l'unité et que l'on le puissance, ne génératrice à maintenir

constant, elle nous fournbre de volts et le même , pour évaluer le travail per le produit du nombre roltsparun coefficient plus sance apparente de la masavons nous arranger pour le plus en plus de l'unité.

savait pas prendre à cet ssaires et l'on se trouvait sance souvent inférieurs parvient, par une utilisais, à élever ces facteurs

Mais, pour obtenir une telle amélioration, il a fallu que les ingénieurs comprissent parfaitement l'origine de ce coefficient : il provient des phénomènes de self-induction. Lorsqu'un courant variable traverse une bobine, outre la tension créée entre ses bornes par le courant lui-même, il se produit dans le circuit une force électromotrice d'induction; nous savons, en effet, qu'un courant qui passe dans un circuit donne naissance à un flux magnétique ; mais, si le courant est variable, le flux l'est également, et si le flux varie, une force électromotrice apparaît; cette force électromotrice est naturellement d'autant plus grande que le circuit est plus inductif, c'est-àdire que la variation de flux sera plus considérable ; no augmente cette variation en augmentant le nombre de spires, et en mettant dans la bobine un noyau de fer.

Dans ces conditions, la tension aux bornes devient la somme de la tension primitive et de celle que produit cette force électromotrice; s'il s'agit d'un courant périodique, les deux parties de la somme sont également périodiques et ont, toutes deux, la même fréquence que le courant; en s'ajoutant, elles donnent encore une fonction de même période, mais décalée par rapport à ce courant.

On entend par là que la tension et le courant ne sont pas dans la même phase, tels deux pendules qui ont même durée d'oscillation, mais qui ne passent pas en même temps à la verticale, la tension et le courant ne sont pas nuls au même instant. C'est ce décalage qui introduit, dans l'évaluation de la puissance, le facteur dont il a été question et Ton

ÎZ

es, certains, élecîsidérer plutôt le position de deux roportionnel à la ;orbant ou déga- ; que, le courant '.; l'autre, décalé , absorbant dans .1 dégage dans le courant déwatté.

igement de chagagent ou absorpériode qui n'est comme produits ai, au contraire, oyenne nulle se ainsi l'aimanta densateur néces-

l'on envisage Iês t à l'expérience ourant ; on peut •x des appareils i bien l'on peut soit trois ampea mieux encore, ;nent trop de la rocédé très ingé-

l'induction et le courant électrique 97

Nous nous Bommes particulièrement occupés de l'influence de la self-induction sur la valeur de la puissance, parce que c'est surtout le travail qui doit nous intéresser pour les applications; mais on peut se placer à un autre point de vue, et examiner quelles modifications ces phénomènes de self-induction vont apporter, dans le cas des courants alternatifs, aux lois qui régissent les courants continus. . On sait que, d'après la loi d'Ohm, l'intensité d'un courant continu est le quotient de la force électromotrice qui existe dans un circuit par la résistance de ce circuit; si l'on a affaire à une force électromotrice périodique, on peut considérer que le phénomène de self-induction produit deux effets : d'une part, un décalage du courant par rapport à la force électro motrice ; d'autre part , une augmentation apparente de la résistance; et l'on démontre aisément que l'intensité efficace est le quotient de la force électro motrice efficace par une quantité plus grande que la résistance et que l'on nomme l'impédance.

L'impédance a une valeur facile à calculer; son carré est égal a la somme du carré de la résistance ordinaire, la résistance obmique, et du carré du produit du coefficient de self-induction du circuit par la pulsation du courant (la pulsation étant le produit par 2 t. de la fréquence).

Cette seconde partie de la somme est souvent désignée sous le nom de réactance.

Le décalage est également donné par une expression très simple : il est d'autant plus grand que la lelf-induction et la fréquence sont plus grandes et

r^yrc

l'induction et le courant électrique 99

valeur de sa résistance, s'échauffer d'une façon très intense.

Une nouvelle différence essentielle entre les courants continus et les courants alternatifs apparaîtra, si l'on examine les effets produits par l'introduction d'un condensatenr dans le circuit.

Dans le cas d'un courant continu, un isolant, supposé parfait, oppose un obstacle absolu au passage de ce courant ; tout au plus si la coupure est formée par la lame isolante d'un condensateur, pourra passer le faible courant, de courte durée, correspondant à la charge de ce condensateur.

Imaginons, au contraire, que Ton entretienne dans le circuit une différence de potentiel alternative, que nous supposerons, pour simplifier, sinusoïdale; alors même que le fil conducteur sera interrompu par le diélectrique, il sera parcouru par le courant alternatif qui correspond aux charges et décharges. successives du condensateur; on dira, d'ailleurs, que Je courant traverse aussi bien la lame isolante que les portions conductrices du circuit, si, avec Maxwell, on considère que, dans le diélectrique, se produisent des déplacements électriques capables de fermer le courant.

Abordant la question par le calcul, on parvient, sans difficulté, à établir que, dans le cas le plus général où le circuit contient ainsi un condensateur, et possède d'ailleurs une résistance et un coefficient de self-induction, l'intensité efficace est toujours égale à la force électromotrice efficace divisée par une quantité qui joue le rôle d'une résistance

l'induction et le courant électrique 101

sation réalisée pour une fréquence déterminée n'existerait plus pour une autre.

Remarquons enfin que le second terme de la réactance prendra, si l'on veut, une valeur supérieure à celle du premier terme ; l'inductance peut devenir négative ; dans ce cas le décalage sera aussi négatif. Il est doncpossible,par l'introduction d'un condensateur dans un circuit alternatif, de produire une avance de phase du courant sur la force électromotrice.

Grâce à cette connaissance du rôle des condensateurs et de la self-induction, il est permis désormais de traiter les problèmes parfois compliqués qui se présentent dans la pratique et de déterminer, par exemple, complètement les courants qui se produisent dans des circuits dérivés.

C'est ainsi que l'on peut chercher à obtenir dans une portion de circuit, comprenant ou non des condensateurs, un courant d'intensité efficace indépendante de l'impédance propre de cette portion. Cette question fort importante, puisque de sa solution dépend la possibilité d'établir, avec des courants alternatifs, une distribution à intensité constante, a été résolue très élégamment par M. Boucherol.

Les calculs de ce genre sont, eu général, assez pénibles ; on les simplifie beaucoup par l'emploi de méthodes graphiques ; on peut représenter la force électromotrice ou l'intensité d'un courant alternatif par un vecteur, en portant une longueur égale à cette force électromotrice ou à celte intensité (maximum ou efficace) dans une direction faisant, avec une axe fixe, un angle égal à la phase. On obtiendra la résultante d'un nombre quelconque d'intensités

ou de forces électromotrices par la règle de composition des vecteurs ; le vecteur résultant donnera, par sa longueur et sa direction, la résultante cherchée, en grandeur et en phase.

11 est à remarquer que ce procédé est identique à celui qui résulte immédiatement de la règle énoncée par Fresnel pour composer les vibrations lumineuses et résoudre les problèmes d'interférence et de diffraction. Le rapprochement s'explique naturellement : dans les deux cas, il s'agit des phénomènes périodiques, représentés par les mêmes fonctions. 11 est néanmoins intéressant de remarquer qu'ici, encore, on rencontre un exemple de l'aide réciproque que se fournissent la théorie et la pratique. La manière dont les physiciens étaient parvenus à résoudre de délicats problèmes d'optique a servi de modèle aux ingénieurs pour déterminer les conditions d'une distribution électrique.

On utilise souvent aussi un artifice fondé sur l'emploi des imaginaires ; il suffit, pour avoir la solution d'une question relative à des courants alternatifs, d'appliquer les lois d'Ohm et de Kirchhoff à des quantités imaginaires convenablement définies ; on arrive ainsi à un certain nombre d'équations semblables à celles que l'on rencontre dans le cas des courants continus et on les traite comme s'il s'agissait, en effet, de courants continus. Les solutions sont imaginaires, mais il suffira, pour connaître la solution véritable, de conserver les parties réelles. Dans le fond, les deux procédés reviennent au même, un vecteur se représente en effet, si Ton veut, par une expression imaginaire, et, chaque fois que le

l'induction et le courant électrique

calcul nous fournira une valeur imaginaire, pourrons, sans aucune ambiguïté, tracer sur épure le vecteur correspondant. Ainsi s'exp ce mode de représentation qui a un peu surpri premier abord ; l'intensité du courant et la : électro motrice peuvent être considérées co figurées (en grandeur et en phase) par des ved ou, si l'on préfère, par les quantités imaginaire: représentent complètement ces vecteurs.

Steinmetz et beaucoup d'autres auteurs on grand usage de cet artifice et l'on a pu ainsi résc les problèmes les plus compliqués et les plus portants. 11 ne faut pas toutefois se dissimulei ces formules restent, pour certains esprits, qu< peu mystérieuses et peuvent être assez dangen dans l'application.

D'autre part, les méthodes graphiques sont vent bien pénibles; la règle, l'équerre, le comp; se manient pas toujours avec facilité. Beau d'électriciens préfèrent maintenant employer méthode fondée sur la séparation de la puiss wattée, ou puissance réelle, et de la puiss déwatlée, ou magnétisante; c'est à M. Bouc) que l'on doit cette technique extrêmement comi qui conduit toujours à des calculs faciles, simples opérations d'arithmétique correspond; la véritable réalité. On établit aisément que les sances réelles s'ajoutent algébriquement, qu a st de môme pour les puissances magnétisant ue la puissance apparente, en chaque portion éseau, est la racine carrée de la somme des c les puissances réelle et magnétisante. Ce théor

l'induction et le courant électrique 105

course. Et de même que, dans le cas des machines thermiques, on élimine la fâcheuse influence de ces points, en accouplant plusieurs cylindres dont les pistons sont décalés les uns par rapport aux autres de telle sorte qu'au moment où l'un des pislons cesse d'agir, parce qu'il passe par un point mort, les autres puissent entraîner l'arbre commun, avec lequel ils sont tous en connexion ; de même, on supprimera l'effet des points morts électriques, en associant plusieurs courants alternatifs décalés les uns par rapport aux autres et ne s'annulant par conséquent pas au même instant; ces courants ainsi associés sont des courants polyphasés.

Les propriétés essentielles des courants polyphasés ont été signalées, en 1888, par un savant italien Ferraris, et, à peu près à la môme époque, par Tesla en Amérique; mais il a fallu plusieurs années pour que leur emploi devint pratique. 11 convient de % citer particulièrement les noms de MM. Maurice Leblanc et Boucherot, parmi.ceux des électriciens dont les remarquables travaux ont permis l'utilisation de ces courants et aussi celui de M. Potier qui a réussi à en donner une théorie simple et claire.

Sans entrer pour le moment dans les détails de construction des générateurs polyphasés, il est possible d'expliquer, en quelques mots, la manière dont, en principe, on obtient de tels courants. Imaginons une suite de pôles magnétiques disposés, sur une couronne circulaire, à égale distance les uns des autres, et qui soient alternativement des pôles nord et des pôles sud.

Supposons maintenant qu'une bobine se déplace

des avec une vitesse et e par un flux alternatif, e d'un courant alternatif d< (ui s'écoule entre les pas ine devant les axes de de

d'une bobine, on en ce es sont distants du tiers ■

nord consécutifs, il est les vont être, toutes les i s courants alternatifs nais décalés l'un par rap

période; ces courants s :s. 11 est bien évident d'ai is bobines, on en avait d ) combinaison diphasée, ique, les courants triphas nployés dans les distribi ifs polyphasés.

de transmission d'énerg d, exiger trois lignes difft

entre les deux stations jouteuses complications, s et ingénieux, on peut r s fils nécessaires.

garder les trois bobine* allons les réunir par lei

forces électromotrices p

es resteront toujours dé

'une par rapport à Tau

imités communes de la bouine i et ae

i une première bague, les extrémités

l'induction et le colbant électbiul'E 107

communes de la bobine 2 et de la bobine 3 à une seconde bague, et de même encore, les extrémités communes de 3 et 2 k une troisième bague, nous produirons sur ces bagues des tensions triphasées comme les forces éteclromotrices. Appuyant alors, sur les baguas, des frotteurs en relation avec trois fils de ligne, nous aurons dans ces fils des courants " triphasés que nous recueillerons, à la station réceptrice, dans trois circuits partiels ayant deux à deux une extrémité commune et formant un circuit fermé.

Au lieu de ce montage que l'on appelle montage en triangle, on peut réunir entre elles les extrémités antérieures des trois bobines et réunir ensuite à trois bagues, communiquant avec trois fils de ligne, les extrémités postérieures; on adopte, bien entendu, une disposition analogue pour les récepteurs et l'on a ce que l'on appelle une distribution en étoile.

Les deux cou|da#cs ainsi définis n'ont pas exactement les mêmes propriétés. Dans le couplage en étoile, les trois extrémités antérieures des bobines sont mises au mémo potentiel, puisqu'elles ont un point commun que l'on désigne sous le nom de !■ ni' ri ■ il ■■■■ I- i ■ ■ ■■■ <|n l.i i liston efficace entre deux lils est égale à 1,74 fois lu tension efficace entre un dos fils et le point neutre. Le courant qui circule entre le point neutre et l'une les bagues est évidemment le même que celui qui circule dans le fil de ligne réuni à celle bague.

Il n'y a pas de point neutre dans le couplage en riangle, et comme à un fil de ligne aboutissent les

deux branches du triangle, le coura dans ce fil est évidemment plus ii qui provient d'une seule branche; 1 d' établir qu'il est exactement éga courant qui circule dans chaque br

Les conditions sont, en quelque l'une de l'autre pour les deux nu porte de le comprendre pour diver:

Dans l'un ou l'autre cas, la puis d'ailleurs sans difficulté; elle est la :

sauces de chacun des courants altt et comme les trois phases sont égale à trois fois le produit de la tension et par le facteur de puissance. 1) ré quel que soit le mode de montage, I.

nie par une génératrice triphasée et appareil d'utilisation triphasé estlouj par 1,74 fois le produit de la tensior iils de ligne par l'intensité du courai un de ces fils et par le facteur de pu

La grande importance des cour, tient à ce que, comme l'a montré ( courants permettent d'obtenir un tique tournant saus qu'il soit née duire une rotation mécanique de 1 mants.

Les champs tournants sont conni temps et leur propriété essentielle a en évidence par Arago, huit ans avai de l'induction par Faraday, c'est-à-di où cette propriété, qui est une eons

l'induction et le courant électrique 109

des phénomènes d'induction, ne pouvait être com- ,<;

prise. Il n'est pas sans intérêt de rappeler qu'en 1826 Poisson avait donné du magnétisme de rotation une explication manifestement inexacte ; cette explication avait suffisamment satisfait les contemporains et même, parmi eux, un esprit aussi averti qu'Arago, pour que tous estimassent qu'il était inutile de chercher à approfondir la question ; il contenait cependant en germe, ce phénomène négligé 1 la découverte capitale de l'jnduction.

Nous dirons qu'en un point de l'espace il existe un champ magnétique tournant lorsque la force, qui s'exercerait sur un pôle placé en ce point, change à chaque instant de direction de telle façon que le vecteur qui la représente tourne constamment autour de son origine, tout en restant dans nn même plan.

Rien n'est plus simple que d'obtenir un champ tournant, puisqu'il suffira, à cet effet, de faire tourner les pôles d'un aimant.

L'expérience fondamentale d'Arago consistait à montrer qu'une masse métallique quelconque, placée dans un champ tournant, prend elle-même un mouvement de rotation et que, si elle n'éprouve aucune résistance, elle tourne avec la même vitesse que le champ;

Tout se passe comme si, par quelque action invisible de viscosité ou de frottement, le champ, pourtant immatériel, entraînait dans sa rotation la masse métallique.

L'explication est très simple : le champ, en tournant, donne naissance dans le corps conducteur à

10 Al

des courants d'induction qui le traversent d'uni nière très compliquée ; ce sont comme on les a[ aujourd'hui, des courants de Foucault. lis ont courants, des formes dont il serait souvent bie: licile de se rendre compte, mais il sont d'un tel qu'ils obéissent a la loi de Lenz ; ils s'opp par conséquent au mouvement de l'aimant, e suite des actions électromagnétiques récipro l'aimant agissant à son tour sur ces courant attire et entraîne avec eux, dans sa rotation, la r métallique elle-même.

On comprend donc que, grâce à un champ narit, on puisse faire tourner un corps sans a mécanisme matériel et sans aucun contact él que avec l'extérieur. Mais il est clair que l'on rait pas, au pdint de vue de la pratique, obter résultat bien intéressant si, pour produire le cl tournant, il fallait nécessairement faire louru aimant ; il serait alors tout aussi simple de faii rectement tourner la masse métallique. Les priétés des courants polyphasés font apparaît question sous un jour nouveau.

Considérons, pour fixer les idées, trois bobine: posées de telle manière que leurs axes formel triangle équilatéral et supposons chacune d( bobines excitée par une phase d'une distrib 1 triphasée. Au centre du triangle existe un cl magnétique, qui, à un instant donné, a une cer direction et une certaine grandeur et ce cham la résultante des trois champs composants pro par les trois bobines.

Au bout d'un temps égal à un tiers de pér

l'induction et le courant électrique 111

les intensités, qui sont précisément décalées Tune par rapport à l'autre d'un tiers de période, ont changé dans les bobines, de telle manière que la seconde bobine est à ce moment parcourue par le courant môme qui parcourait la première au début, et que dans la troisième circule alors celui qui naguère circulait dans la seconde.

Les flux magnétiques ont suivi les variations des courants qui leur ont donné naissance et Ton voit que le champ au centre est devenu le même que celui qui se produirait si, les courants restant constants, le système des trois bobines avait tourné solidairement autour de ce centre d'un angle de 120° ; en d'autres termes, au bout d'un temps égal à un tiers de période, le champ a conservé son intensité initiale mais a tourné d'un angle de 120°. On comprend ainsi comment il se fait que, d'une manière générale, la résultante des trois champs, produits par les trois phases, varie constamment en grandeur et en direction ; elle tourne dans le plan qui contient les trois axes de manière à effectuer un tour complet pendant la durée d'une période.

Pour reprendre une comparaison qui, déjà, nous a servi, nous dirons que l'ensemble des trois bobines est analogue à une combinaison que l'on rencontre souvent dans les treuils à vapeur et où l'on voit trois pistons identiques attaquant un arbre qui est commun à trois manivelles calées à 120°; les mouvements de va-et-vient des trois pistons sont décalés à 120° mais la rotation de l'arbre s'effectue d'une façon absolument régulière, sans points morts.

IIS l'électricité

Avec la combinaison électrique i obLenir un appareil nommé rotor q réactions, réciproques du champ loun ranls induits, prendra un mouvante continu sans qu'il soit nécessaire d connexion matérielle entre lui et l'exl

§ 1. — U DlMtlO * CODRANT CONTINU.

Peu de temps après que Faraday eut publié ses recherches, Pixii construisit, sous la direction d'Ampère, un appareil propre à montrer en grand les elTets d'induction qu'on pouvait produire avec des aimants; le courant obtenu dans le fil d'un élcclroaimant par la rotation d'un aimant voisin est naturellement alternatif, un commutateur installé sur l'axe de rotation permettait de redresser les courants induits avant de les envoyer dans le circuit extérieur.

Clarke, Page, imaginèrent ensuite des machines un peu différentes, qui furent, on le sait, employées pour certaines applications médicales mais dont la puissance était beaucoup trop faible, et surtout le rendement trop mauvais, pour qu'elles pussent entrer véritablement dans la pratique industrielle.

On obtint des puissances plus considérables, lorsqu'on songea à associer des bobines induites,

savait associer des élémen 1 près d'un demi-siècle qu'une société, exploitait en France des machines capaaner au phare de la Hève des lampes à courant alternatif correspondant à dix s. Mais, quand on voulait redresser le allait munir ces machines d'un commute fonctionnement, difficile, irrégulier, iagné d'étincelles destructrices qui absorçrande partie de l'énergie. Il semblait à cette époque, que l'électricité neprenilement place dans la grande industrie où l'on aurait trouvé un procédé pratibtenir, par l'induction, un courant conce problème que plusieurs inventeurs ; pendant longtemps de résoudre, lentionner, parmi les travaux qui prépa- 1 u lion décisive, ceux de Siemens et de peler surloutle moteur électrique réverscrivit en f864 un italien Paciootti ; cette nfermait en germe l'idée que Gramme îes années plus tard (en 1869; appliquer de puissantes machines, an proposée par Gramme était d'appaaradoxale. Au premier abord, on pouvait dans les conditions où l'ingénieux invenait, aucun courant électrique ne se pro- 11e était bien, dans les débuts, la pensée ns les plus éminents. Un amateur éclairé ;ré beaucoup de temps à de fort intécherches expérimentales, M. Worms de ait, un peu avant Gramme, imaginé un

iJSPT^^'

LES MACHINES GÉNÉRATRICES 115l

dispositif analogue au célèbre anneau, et il avait pu construire une machine qui, grâce à ce dispositif, donnait un courant continu ; cet essai n'avait été cependant aucunement encouragé. Il m'a été donné de lire une lettre, adressée à M. de Romilly par l'un des plus illustres savants français, et où ce savant démontre, par un raisonnement en apparence fort rigoureux, que, si la machine fournit du courant, c'est par suite de quelque défectuosité, d'un manque de symétrie, mais que, construite dans les condition^ exactes où Ton a voulu se placer, elle ne saurait que rester entièrement inerte.

Gramme, qui était un simple ouvrier, peu habitué à considérer les choses du point de vue de la théorie, mais qui avait manié beaucoup d'appareils électriques, ne s'embarrassa pas de raisonnements abstraits et ne se laissa pas intimider par sa propre audace, dont il n'apercevait pas, d'ailleurs, toute l'étendue. Guidé par un véritable instinct de la réalité, il construisit cette machine dont on peut dire que l'invention est le point de départ d'un mouvement industriel si considérable qu'on doit remonter à l'introduction de la vapeur pour trouver son équivalent.

Il n'est pas besoin d'ajouter que la découverte de Gramme n'est, en vérité, nullement en contradiction avec la théorie ; mais nous rencontrons ici encore un exemple où l'excès de prudence du savant, qui veut n'avancer que lorsque toutes les difficultés sont écartées, a failli retarder gravement le progrès. Une fois que l'on eut constaté que la machine fonctionnait, il fut facile de voir par où péchait le rai-

WY

sonnement qui, d'avance, la voulait condamner à l'inaction.

Ajoutons, .d'ailleurs, que la théorie reprît rapidement ses droits, remise dans la bonne voie par le secours imprévu que lui apporta un robuste ouvrier, elle sut à son tour redevenir la conseillère nécessaire dont les ingénieurs écoutent, avec tant de profit, les avis éclairés.

Il serait sans doute de peu d'utilité de refaire ici un exposé élémentaire de la théorie bien connue des dynamos à courant continu; rappelons seulement, avant d'examiner les progrès récents de ces machines, les principes essentiels sur lesquels repose la solution simple de cette importante question: le redressement et la continuité du courant.

Dans les machines antérieures à celle deGrarame, toutes les parties du circuit induit passaient simultanément par les mêmes influences alternatives, et le commutateur établissait une discontinuité brusque qui se traduisait par des phénomènes de self-induction intenses ; au contraire, dans l'induit Gramme, les diverses sections du circuit sont sou-, mises successivement, et non plus simultanément, aux mêmes variations de tlux, et la prise de courant se fait toujours sur les spires qui sont à un moment où le flux qui les traverse reste à peu près invariable, c'est-à-dire qui sont telles qu'entre leurs bornes la différence de potentiel est sensiblement nulle; la discontinuité amenée par la mise en relation de ces spires avec le circuit extérieur est négli-

geable, et l'on peut ainsi obtenir une différence de potentiel presque rigoureusement constante entre les collecteurs; cette différence est la. somme des tensions produites dans les spires associées en série. Grâce à la forme symétrique de la machine et à l'ingénieuse disposition de l'anneau, aucune modification importante ne se produit dans le flux magnétique par la rotation de l'anneau ; le flux coupé, pour une vitesse constante, reste constamment le même, et, par suite, la différence de potentiel totale recueillie demeure également invariable.

La dynamo à courant continu possède donc ce caractère essentiel que les points de contact du bobinage induit avec le circuit extérieur sont fixes par rapport au flux. Deux cas peuvent se présenter.

Ou bien le flux tourne, et il faut alors que les prises de courant soient entraînées dans une rotation de môme sens et possèdent une vitesse angulaire égale a celle du flux ; cette disposition, nécessitant des balais tournants, entraîne de grandes complications mécaniques, et elle n'a guère été employée que dans un cas particulier: un célèbre ingénieur suisse, M. Thury, qui, malgré les succès du courant alternatif pour les transports d'énergie à distance, est resté le partisan convaincu du continu et, pour ainsi dire, le champion persévérant et babile de cette forme de courant, a construit une génératrice a induit fixe et inducteurs mobiles et balais tournants, qui fournit une tension de io.OOO volts.

Ou bien, et c'est la règle générale, le flux reste ixe dans l'espace, les inducteurs sont immobiles

l'induit tourne, le courant est recueilli nducteurs qui frottent sur le collecteur nomme des balais.

t doit avoir une perméabilité très grande, ;oncentrer le mieux possible le flux proîducleur; il est formé d'une carcasse c-n ?s, isolées les unes des autres par du simplement par une couche d'oxyde ; ce ïst nécessaire pour éviter les courants de ui, dans une masse de fer continue et, conductrice, se produiraient nécessaire- ]ue la carcasse est soumise aux mêmes e flux que l'enroulement auquel elle sert ;. Ces courants de Foucault agiraient

sorte de frottement qui absorberait, en , une grande partie de la puissance jur faire tourner l'induit.

machines industrielles, les tôles sont trous qui permettent à l'air de circuler; Sir, par ventilation, l'induit qui s'échauffe sndant la marche.

tr casse sont enroulés des conducteurs is les dynamos puissantes, par de véri- >s de cuivre, très soigneusement isolées ; autres; il existe, on le sait, trois sysroulement, l'enroulement en anneau, nt en tambour et l'enroulement à dismple-yé aujourd'hui. Dans les machines 's, très répandues, l'enroulement est ar la réunion d'autant de bobinages u'il y a de paires de pôles, et ces bobi-

pR""*"

nages sont associés soit en série soit en par Les (ils induits sont le plus souvent logés des rainures creusées dans la masse do 1 noyau. On trouve, à cette disposition, de ( avantages mécaniques ; l'enroulement placé périphérie de l'induit est soumis à l'influence l'orée centrifuge élevée durant la rotation ; il par suite, à s'ouvrir, et il doit être inainlen des frettes très résistantes. D'autre part, oui efforts radiaux, il existe des efforts langentiel aux forces électromagnétiques, et si les n'étaient pas protégées, elles seraient le siège tions très intenses produites par le champ i courant qui les traverse. Ces forces considér s' exerçant sur du cuivre, c'est-à-dire sur un peu résistant, et dans des conditions mécai défavorables^ ont constitué l'une des prim difficultés qu'ont rencontrées les premiers tructeurs. Elle n'a été vaincue, cette grave culte, que lorsqu'on a pu faire rentrer la cou lion des induits dans les formes mécaniqu noyant les tiges conductrices dans l'armatur< gnétique.

Mais en s'est trouvé alors en face d'un cas doxal d'induction qui n'a pas été parfaitement pris tout d'abord et au sujet duquel quelques inexactes sont, aujourd'hui encore, assez répai Le conducteur, entouré d'un cylindre de fe protégé contre l'influence du champ, et, s' parcouru par un courant, la force qui, sans 1' duction du cylindre, aurait agi sur lui, se I diminuée dans le même rapport que le chan

quantité dont elle a diminué se retrouve d'ailleurs dans une force qui agit, dans la même direction, sur le cylindre formant écran. Il résulte de mesures effectuées par M. Du Bois que Ton peut ainsi reporter sur le fer plus de 90 % de l'action qui, sans l'artifice adopté, s'exercerait sur les fils de, cuivre.

Mais on pourrait croire que cet avantage ne saurait s'obtenir qu'au prix d'un inconvénient bien grave : si le champ est ainsi diminué, la force électromotrice induite ne va-t elle pas, par là même, perdre de sa valeur et, par suite, la machine perdre de sa puissance? Cette crainte n'est heureusement pas fondée et, en y réfléchissant, l'on comprend que si les lignes de forces sont moins denses dans la région protégée par l'écran, il faut, pour que le flux d'induction se conserve, qu'elles passent plus vile à l'intérieur que dans la région non protégée. Par suite, le flux coupé reste le même et la force éleclro motrice conserve la même valeur que si les inducteurs étaient à nu. D'autre part, la formation des courants de Foucault, à 1'inlérieur même des lames de cuivre, se trouve très diminuée et cette diminution est un nouvel avantage; ajoutons cependant que le fait de noyer dans le fer les conducteurs de l'induit augmente leur self-induction, et c'est là ' le seul inconvénient du procédé ; on y remédie partiellement en adoptant une disposition mixte, et l'on emploie souvent des induits dentés ou à rainure.

Pour recueillir le courant, on ne saurait pratiquement mettre en relation avec le circuit extérieu: les deux seules spires qui passent exactement à k

sur laquelle se et où la force îst nulle. Dans ié en sections i et les exlrétissent a deux ue ces lames difficulté que suffisant reste ns dans le cas

ais; autrefois.

; aujourd'hui; :trochimiqui sidétahles. et.

ble, on se ■arbon qui ont es, à cause de i, sans doute, bonique qu'ils s à haute tem-

e fort gênanandement nuisolidilé de la t, aux phénoici une imporavec laquelle n qui passe à î 'développent 11 de tensions :es soigneuse-

Y VTV

ment ; Ton ne connaissait guère, tout d'abord, d'autre procédé pour les atténuer que celui qui consistait à caler les balais en avant de la ligne neutre ; Fartifice était insuffisant et avait l'ificonvénient de laisser perdre une partie de la puissance électrique produite.

Aujourd'hui on obtient de bien meilleurs résultats, soit par des procédés assez compliqués d'enroulement, soit par l'introduction sur la ligne neutre d'électro-aimants parcourus par le courant total de la machine. Ces méthodes demandent, pour produire les effets voulus, une connaissance très exacte de la forme du courant variable qui, durant la commutation, circule dans les diverses spires de l'induit, et une telle connaissance ne peut résulter que d'expériences v semblables aux mesures les plus délicates que font les physiciens de profession. Ici encore, l'industrie et le laboratoire doivent se prêter un mutuel appui.

C'est encore par l'union intime de l'art de l'ingénieur et de la science du physicien que s'est constituée la théorie de la dynamo qui est arrivée aujourd'hui à une perfection assez grande pour que l'on puisse calculer d'avance les éléments d'une machine capable de remplir une fonction industrielle déterminée. Nous avons déjà dit que les principes essentiels de cette théorie avaient été posés par Hopkinson ; depuis lors, beaucoup d'électriciens, parmi lesquels il convient de citer M. Picou, sont arrivés à donner une forme, pour ainsi dire définitive, aux formules en usage dans les ateliers. Ces

formules rie sont que la traduction des lois physiques simples que nous avons antérieurement rappelées ; la considération du circuit magnétique et l'application de la loi d'Ohm et de la loi de Pinduction suffisent pour fournir une base solide sur laquelle se peut édifier une sorte de codification des règles de construction.

Il faut cependant, pour calculer d'avance les éléments, associer aux lois physiques quelques remarques qui résultent sans doute des conditions nécessaires imposées par la commutation, conditions très complexes comme nous venons de l'exposer, et qui, pour le moment, conservent encore une apparence un peu empirique. Mais ces remarques sont très simples et peu nombreuses. On peut ainsi déterminer, les dimensions géométriques de l'anneau, le bobinage de l'induit, fixer la valeur de l'entrefer qui séparera l'inducteur de l'induit, et connaître aussi comment devra être constitué l'inducteur.

L'inducteur est fait aujourd'hui avec de l'acier coulé, dont il faut, pour évaluer le flux produit, connaître très bien les propriétés magnétiques ; on a dressé des tableaux d'usage courant qu'utilisent les ingénieurs et qui donnent les forces magnétisantes nécessaires pour déterminer une induction donnée. Ces forces sont heureusement assez faibles grâce à la haute perméabilité de l'acier ; si l'on calcule, comme Ta fait Mordey, la dépense d'excitation correspondant au flux produit dans les diverses parties de la machine, on trouve que l'excitation de l'armature de l'inducteur, qui pourtant

est la seule efficace, ne correspond qu'à 1 pour 100 de la dépense totale ; il y a donc, semble-t-il, encore beaucoup de progrès possibles, mais les améliorations qui pourront être obtenues à cet égard, n'auront que des effets peu marqués sur le rendement total de la machine qui est déjà excellent ; la dépense d'excitation est si petite qu'ici le gaspillage n'a pas grande importance.

Les véritables pertes dans la machine proviennent d'autres causes qu'il n'est peut-être pas inutile de rappeler : résistance de l'air et frottement mécanique, étincelles aux balais, phénomènes d'hystérésis dans l'anneau, courant de Foucault dans les pièces massives de la machine, production d'un flux antagoniste par le courant qui traverse le bobinage de l'induit et dissipation d'énergie par effet Joule dans ce bobinage ; . toutes ces causes produisent une diminution de la tension, que l'on appelle souvent réaction d'induit, mais cette diminution n'empêche pas la dynamo de restituer facilement, sous forme électrique, 90 pour 100 au moins de la puissance, mécanique dépensée pour l'actionner.

Pour achever de déterminer les propriétés particulières d'une dynamo, on utilise avec avantage une méthode graphique indiquée, il y a longtemps déjà, par M. Marcel Deprez, mais singulièrement développée depuis. On trace des courbes, dites caractéristiques, qui figurent les conditions variées de fonctionnement d'une machine. Ces caractéristiques peuvent servir, une fois la dynamo construite, pour régler rationnellement son emploi, mais elles fournissent aussi un moyen d'investigation permettant,

à l'avance, de dresser un projet complet où sera prévue la marche dans des circonstances détermî- ' nées.

D'une manière générale, de telles courbes représentent les relations qui existent entre l'excitation des inducteurs et la différence de potentiel produite aux bornes ; elles ne sont naturellement pas les mêmes pour, les divers modes d'excitation des machines, auxquels correspondent des propriétés très différentes : excitation séparée, employée seulement dans des cas très spéciaux; excitation en série où la totalité du courant, qui passe dans le circuit, passe aussi dans les inducteurs ; excitation en dérivation ou excitation shunt, où les ampères-tours d'excitation ne prélèvent qu'une partie du courant total ; excitation compound, où sont superposés les ampères-tours série et les ampères-tours dérivation, et qui, participant des propriétés des deux précédentes, permet de réaliser des machines où la tension varie peu avec la charge.

Dans ces dernières années, on a souvent tracé des caractéristiques partielles, relatives aux divers éléments, inducteur, entrefer, induit, qui composent le circuit magnétique ; ces courbes sont particulièrement instructives et font comprendre le rôle spécial de chacun de ces éléments ; leur combinaison donne une représentation du fonctionnement de l'ensemble.

On a dit souvent qu'une industrie a pris une forme véritablement scientifique lorsqu'elle est parvenue à fixer un modèle définitif de ses produits; à ce titre,

l'èlectbicité

3 la production de l'énergie électrique ' a peu de temps, toucher à la perfeciriété infinie des débuts avait succédé ité presque parfaite des types. La dy- .nt continu semblait s'être définitivement

forme multipolaire, à inducteurs fixes, nant à l'intérieur,

ïamo ne constitue pas à elle toute seule lérateur de l'électricité ; elle est forcée à un moteur fournissant la puissance |u'elle transforme en puissance éleces progrès accomplis dans la cons-

moteurs peuvent entraîner de grands

dans la construction électrique; ces : sont d'autant plus profondes que, dans ïlectrogènes, l'union s'est faite de plus sentre la machine motrice et la machine t qu'étroitement solidaires, faits l'un ces deux organes constituent désormais

unique.

ne s'attendre a ce que l'apparition de iteurs produise une évolution dans la namos et l'on ne saurait s'étonner que :s turbines à vapeur soit venue tout moloment où l'on pensait avoir atteint un

ss vitesses des turbines conviennent ent aux alternateurs, ce sont eux qui, ■essenti l'influence des progrès qui ont écaniciens de réaliser ces m.o leurs de

puissants el rapides.

à courant continu se prête mal à une

W' tJ i

rotation qui exige de si fréquentes commutations, mais les partisans de ce mode de production du courant n'ont pas cependant renoncé à tout espoir de le mettre en harmonie avec les conditions nouvelles ; ils ont repris une idée ancienne, mais qui n'avait guère été appliquée qu'à la construction de très petites machines, et ils ont fait des essais intéressants pour réaliser des dynamos où les inducteurs n'agiraient que par un pôle et où il ne serait plus nécessaire de conserver le collecteur.

§2.— LES ALTERNATEURS. ^ '

Nous avons vu que le courant alternatif n'était, il y a une quinzaine d'années, employé que très exceptionnellement; tous les efforts, surtout en France, se concentraient sur les machines à courant continu. Lorsque l'on eut compris que le courant alternatif se prête beaucoup mieux que son rival aux transports à grande distance, parce qu'il est beaucoup plus favorable aux tensions élevées, on s'attacha, au contraire, avec ardeur à perfectionner les appareils générateurs ou récepteurs correspondant à cette modalité d'énergie électrique. Le temps perdu a été vivement regagné; aujourd'hui, la théorie des appareils alternatifs est solidement assise, les alternateurs ont, eux aussi, atteint le moment où des machinés prennent leur forme définitive et leur construction se fait suivant des règles désormais ixées.

Pour obtenir les variations alternatives de flux jul doivent^ dans l'induit, donner naissance au courant alternatif, le procédé, qui se présente d'abord à

128 l'bli

l'esprit et qui, en fait, consiste à produire un induit et de l'appareil q

It n'est pas cependan cette manière; si, deva tourner une barre de fei tique varie suivant la v que prend l'entrefer da la barre, et l'on peut < façon que le flux, qui afT aille traverser un bobii disposé.

Sur ce principe, on a fer tournant, qui, n'ayi biles, et ne demandant teurs, étaient parti culiè duîle facile, mais la gn pendant quelque temps chines tend de plus en pi trop lourdes pour une p

On est donc revenu a l'inducteur sont mobile:

une machine à courant collecteur, mais qui poi réaliserait le type d'une ducteur est fixe et l'ind convient pas pour les mande maintenant; il s ouvriers, très mauvais a la machine, d'avoir, p{ organes mobiles, que l'e certaine: aussi, dans h

1ÀTRICES 129

disposition inverse ucteur, qui ne cornsst animé d'un mouinduit fixe, dont le également fixes en .ion.

trouve h l'extérieur, i, isolées entre elles lequel sont disposés ï câbles formés par 1ère à constituer un nécessaire d'obtenir , pour que l'enrouiisposer le bobinage ;s encoches compleprofil de ces dents me dépend la valeur t et par conséquent

s, les 1 pôles inducnents, mais aujour- ^ations particulières it toujours le même î que possible, les industrie possèdent mants. L'excitation, ngtième de la puisî prise directement ifime, puisque celte et que la machine mvent, on s'adresse, e auxiliaire, à une

no à courant continu mué par lé moteur commande l'alternateur; parfois, on ourant inducteur, en rédressant, à l'aide spéciaux dont il sera question plus loin, du courant alternatif. Les pôles induc- >sés sur la roue qui tourne à l'intérieur nne d'induits, sont généralement assez 60, 80 ou 100; il doit eu être ainsi pour isse produire, avec des marches lentes, :es de 25 ou 50 nécessaires dans la praexemple pour l'éclairage où des frép faibles donneraient à la lumière des fatigantes.

■nateurs de puissance moyenne sont z souvent conduits par courroie, mais, nératriees de haute puissance, on tend lus à supprimer ce gênant intermédiaire, î l'inducteur le volant même de la maice ; le grand moment d'inertie des convient fort bien pour cet usage, le clalivers éléments entre eux et sur l'arbre, ;ièrement celui des volants ordinaires, t des transports de puissance mécanique rtir d'une chute d'eau et l'on a été ainsi coupler l'alternateur avec les turbines la pression hydraulique : les turbcavaient déjà habitué les électriciens à de iations quand les turbines à vapeur apparition dans le domaine industriel, qu'il devint possible de constituer, dans is nouvelles, des groupes électrogènes 'union directe de la machine électrique

et des nouveaux moteurs, il était nécessaire de modifier le type de construction de façon qu'il pût s'adapter aux besoins créés par les progrès de la mécanique, et ainsi commença une nouvelle évolution, commandée, elle aussi, par une action de milieu.

Les turbines à vapeur tournent nécessairement très vite, elles font environ 500 à 3.000 tours par minute et cette rapidité oblige à modifier considérablement la constitution de l'inducteur; comme il importe de produire des courants de fréquence usuelle et que la fréquence dépend du nombre de fois où un pôle de l'inducteur passe par unité de temps devant une bobine de l'induit, il faut, puisque la vitesse de rotation est devenue beaucoup plus grande, diminuer le nombre des pôles; on comprend que, dans ces conditions, le turbo-alternateur va se présenter comme une machine moins souple que Falternateur-volant et que sa construction sera assujettie à des règles plus sévères.

Il n'est pas possible non plus, avec ces grandes vitesses, de conserver le diamètre élevé qu'on était arrivé à donner aux alternateurs-volants de grande vitesse, la force centrifuge prendrait des valeurs exagérées, qui compromettraient rapidement la solidité de la machine; aux actions mécaniques s'ajoutent d'ailleurs des attractions magnétiques intenses qui, elles aussi, obligent à rendre l'inducteur et l'induit \ssei rigides pour qu'ils ne puissent pas se léformer sous l'influence de forces considérables, leureusement les progrès de la métallurgie ont, dans ces dernières années, marché de pair avec

ceux de l'électrotechnique, et ils ont permis de disposer, au moment même où l'on avait besoin, de matériaux possédant une ténacité telle que l'on pouvait, sans danger, décupler les vitesses qui, il y a quelque vingt ans, auraient déjà passé pour excessives; par exemple, pour maintenir en place les fils conducteurs logés dans les rainures, on a utilisé avec grand profit des frettes construites avec ces aciers au nickel dont nous avons déjà parlé et dont les propriétés ont été si bien étudiées par M. Gh.-Ed. Guillaume.

Pour arrêter définitivement le plan d'un alternateur à construire, ou, s'il est construit, pour déterminer les conditions dans lesquelles il conviendra de le faire fonctionner, on use de procédés analogues à ceux que nous avons vu employer dans le cas des .dynamos à courant continu.

'Mais, ici, la question est plus complexe, la puissance dépend du courant, de la force électromotrice et du décalage; elle peut, nous le savons, se décomposer en deux : la puissance réelle ou wattée et la ^puissance déwattée ou magnétisante et, selon les cas, il y a intérêt à modifier le rapport de ces deux termes. D'ailleurs pour définir complètement un alternateur, il ne suffirait pas de donner la tension, le courant et le facteur de puissance; il faut, en réalité, connaître les caractéristiques à vide et en charge. La caractéristique à vide représentera la force électromotrice efficace induite dans l'indu pour chaque intensité du courant inducteur; ell permettra, par exemple, de constater que la rar

chine fournira un courant d'autant plus stable que les inducteurs seront plus excités. La caractéristique en charge sera la courbe qui figurera la tension efficace aux bornes en fonction de l'intensité efficace dans le circuit extérieur; elle pourra être extrêmement différente si la machine travaille sur des résistances sans self-induction, ou si, au contraire, le circuit d'utilisation est inductif. On sait aujourd'hui déterminer ces caractéristiques, avant même que la machine soit construite, par diverses méthodes, parmi lesquelles on peut citer celles de MM. Blondel, Picou et Potier.

Le courant fourni par un alternateur n'est jamais, en pratique, le courant sinusoïdal simple, sa forme est souvent très complexe ; les appareils dont nous avons parié, oscillographes ou ondographes, donnent à cet égard les plus précieux renseignements et permettent de déterminer les harmoniques de périodes sous-multiples de la période principale, qui viennent s'ajouter au courant fondamental pour constituer le

courant, réel.

Ces harmoniques sont dus, soit à la forme des pôles, soit à celle des dentures qui produisent des fluctuations du flux; ils peuvent être, les uns et les autres, extrêmement nuisibles.

Ils donnent, en effet, naissance à des courants parasites qui augmentent les pertes par effet Joule, et, surtout, ils peuvent provoquer dans le circuit d'utilisation une élévation de la tension très dangereuse pour tous les appareils. Nous avons vu en effet que, pour une fréquence convenable, il pourra y avoir un phénomène de résonnance, l'effet de la

l'élbctuicité

annulant celui de la self-induction. Ce phéne se produit jamais avec le courant fon- .1, parce que la capacité de la ligne n'est issez grande, mais il n'est pas impossible paraisse avec l'un des harmoniques. Une ignée de la forme dos dents et des pièces s'impose donc, quand on veut diminuer ces.

effetB; mais on peut aussi employer des > électriques d'amortissement; c'est ce qu'a le façon très ingénieuse, M. Maurice Leblanc d'un dispositif auquel il donne le nom f d'étouffeur d'harmoniques, aux indications de la théorie, on parvient Hit à petit, à diminuer toutes les pertes et :menl des alternateurs atteint aujourd'hui ; on ne saurait guère exiger davantage, il ; même, en certains cas, de ne pas chercher ;, qui reste, en électricité comme ailleurs, i du bien : Ainsi les courants de Foucault ■rbent une partie de la puissance perdue ne t être supprimés sans inconvénient. Par >s forces électromagnétiques qu'ils exercent a loi de Lenz, ils peuvent jouer un râle très amortissant les oscillations des alternateurs et en diminuant l'influence fâcheuse des ques.

out ce qui précède, j'ai considéré des allerqui donneraient un courant alternatif ordiuais il n'y a presque rien à ajouter pour : cas des inachiues qui fournissent des couilyphasés. Veut-on avoir des courants trila couronne fixe en fer feuilleté de l'induit

portera trois encoches pour chacun des pôles, placés sur la jante de la roue inductrice, et, en utilisant les encoches qui vont décrois en trois, on pourra former trois circuits utilisables séparément , mais que Ton connectera, d'ordinaire, comme il a été expliqué plus haut, en étoile ou en triangle.

Disons, enfin, que les alternateurs dont il a été parlé jusqu'à présent sont ce que Ton appelle des alternateurs synchrones; il en existe d'autres, les alternateurs asynchrones , qui , en certains cas, peuvent rendre de grands services ; mais il sera plus aisé d'en comprendre le principe lorsque nous aurons étudié la question des moteurs.

§ 3. — COUPLAGE ET COMPOUNDAGE.

Quelque grande que soit la puissance des machines modernes (elle atteint aujourd'hui jusqu'à 8,000 kilowatts), on ne saurait, dans une usine où l'on produit de l'énergie électrique, se contenter d'un seul générateur ; il faut pouvoir se parer contre un accident possible et être en mesure de répondre aux demandes variables de consommation qui se produisent sur le réseau.

On a donc été amené à avoir plusieurs groupes électrogènes pouvant être mis en service suivant les besoins, et l'on s'est trouvé ainsi en présence d'un nouveau problème: la détermination du meilleur mode d'association des dynamos et des précautions nécessaires pour les coupler.

Lorsqu'il s'agit des machines à courant continu, la question est assez simple. Deux cas généraux se

présentent : ou bien l'on veut avoir um à intensité constante, ou bien, au c< désire un potentiel invariable.

Dans le premier cas, on emploiera i excitées en série ou à excitation indép dernières se comportent absolument piles et leurs modes d'association soi les principes élémentaires que tôt connaît. L'accouplement en dérivation excités en série présente quelques dif on l'emploie rarement; on utilise, i assez fréquemment l'accouplement en génératrice, dont le bobinage inductt parcouru par le courant total de la dis mise, tout d'attord, en court-circuit j rupteur; pour la mettre en marche, il :

cet interrupteur; l'on réglera ensuite l'aide d'un rhéostat, de manière que t rateurs donnent sensiblement le m< Pour enlever une des dynamos, il fai ment la remettre en court-circuit ; i soin, bien entendu, de faire, au préal In tension aux bornes en diminuant 1

Le second cas est peut-être le plus nécessité d'un voltage constant s' l'éclairage; l'accouplement en dérivatif l'on dit souvent, en parallèle, de macl en dérivation convient alors très bien barres, c'est-à-dire entre deux cor tableau de distribution, il faut mainte rence de potentiel invariable. Suppos l'installation soit en marche et que

LBS MACHINES GÉNÉRATRICES 137

mettre en circuit une nouvelle machine ; on la fera d'abord, avant de la fermer sur le circuit, tourner a vide, do manière à ce qu'elle donne la tension voulue, et l'on mettra alors seulement, et simultanément, ses deux pôles en communication avec les deux barres ; on réglera ensuite toutes les excitations des machines de façon qu'elles prennent toutes sensiblement les mêmes charges. Désire-t-on, au contraire, retirer une machine, on rendra d'abord, en diminuant l'excitation, sa charge à peu près nulle, et l'on ouvrira l'interrupteur ; à ce moment, à cause de la self-induction des inducteurs, il jaillira un arc dû à un courant de rupture intense. On peut éviter cet inconvénient en fermant le circuit inducteur sur de grandes résistances dites résistances de décharge.

Souvent aussi, on accouple des machines à excitation compound ; le couplage en série n'aurait alors aucun intérêt; mais le couplage en dérivation est fort employé, par exemple pour les usines de tramways. Dans ce couplage, il serait à craindre que la tension donnée par l'une des machines venant à surpasser celle des autres, les pôles de l'excitation en série arrivassent à s'inverser. Pour éviter un tel aecident, on doit relier les pôles de même nom de l'excitation par un fil compensateur; mais pour que la précaution soit efûcace, il est nécessaire que la résistance de ce fil soit négligeable par rapport à celle des inducteurs, et il n'est pas toujours facile de satisfaire à cette condition.

Des questions semblables, mais beaucoup plus

l'blectbicité

délicates, se posent pour tes alternateurs; le couplage en série ne se pratique guère dans ce cas, llopkinson affirmait même que l'on ne saurait le réaliser complètement. M. Boucherot a cependant indiqué comment, par l'emploi de condensateurs, il était possible d'obtenir une sorte d'association d'alternateurs fonctionnant régulièrement eu série, mais, comme il est toujours aisé, ainsi que nous le verrons plus loin, d'élever, au moyen de transformateurs, la tension des courants alternatifs, ce mode de couplage n'a, en pratique, que peu d'intérêt.

Le couplage en parallèle est, au contraire, très usité. Il ne parait pas, de prime abord, très aisé à réaliser: il faudra non seulement que l'alternateur, que l'on voudra mettre en circuit dans la distribution, fournisse, comme dans le cas des dynamos à courant continu, une tension égale à celle de cette distribution, mais encore que ces deux tensions soient en phase, c'est-à-dire qu'elles soient, à chaque instant égales et de môme sens, et, bien entendu, il est nécessaire que toutes les machines accouplées aient exactement la même fréquence. Ainsi^ dans une journée où les machines auront produit des courants dont ,1e sens se sera interverti de 3 à 5 millions de fois, on devra obtenir ce résultat prodigieux qu'aucune d'elles n'ait fait, cependant, une période de plus que l'autre.

Heureusement les propriétés mômes des courants alternatifs permettent de trouver une solution que les moyens mécaniques seraient sans doute impuissants à fournir. Deux alternateurs couplés électri-

ICHINES' GÉNÉRATRICES 139

rtent comme deux machines re- ■ment élastique; si l'une d'elles, lence à prendre de l'avance sur

le fournisse une puissance plus ition va, à son tour, produire un courants, dits courants de comirculation, prennent naissance mer l'alternateur capricieux en e avec le réseau.

l'équilibre ne s'accomplira pas un corps qui écarté de sa posi- >le n'y revient qu'en effectuant ins, l'alternateur, couplé sur un système en équilibre stable qui té d'osciller et, ces oscillations files se traduisent, par exemple, éclairage par les variations d in- 5 que connaissent les abonnés ant alternatif et qui se remarplage[n'a pas bien réussi. On a tir le plus rapidement possible, i cet égard d'excellents résultats, }ui rappelle celui que l'on a emle mouvement de l'appareil mores.

n'étaient pas supprimées rapidecraindre les plus graves acci- :omme dans tous les systèmes rrait produire des phénomènes mgmenteraient l'écart dans une et mettraient l'alternateur hors l'alternateur est alors décroché,

140 l'élsctricité

et tout le réseau peut se trouver circuit. A ce moment les pertur vraiment redoutables, la lu mien ment et toutes les machines de 1 faux peuvent subir des détériorii dangereuses pour le personnel.

La question de la stabilité du c importance de premier ordre et i' ment qu'elle ait été-, dans ces l'une des principales préoccupatu Elle a fait l'objet de très beaux l quels on peut mentionner partiel MM. Leblanc, Boucherot, Blondel

On est, ici encore, sur un terr trent le savant et l'ingénieur; leu saire pour élucider un sujet qui nique et à l'électricité théorique d'autre part, à la technique des r tique des machines électriques, problème, on arrive à distinguer q d'oscillations possibles, et l'on ( pas facile de les éviter en même ici dans des détails de calcul, o donner cette conclusion générale nir rigoureusement l'isochronism il conviendra de ne pas tous les teurs de vitesse trop sensibles qui actions électriques d'opérer, en produire leur effet bienfaisant d' tomalique; ainsi, dans le cas des i il sera préférable de n'avoir qu'un sur la conduite d'alimentation gé

[ES OÉNÉBATBICBS 141

mtées en parallèle, la condonc grâce aux réactions ient aujourd'hui à empêcher raientdéranger; maisencore associer deux machines, on i, communication qu'au mosont exactement en phase.

, d'appareils spéciaux qu'on de phase; pour constater, nachines de puissance égale donné, des potentiels égaux n de leurs pôles, il suffirait un fil sur lequel on intervenables; quand les deux osition, les lampes s'étein- , à ce moment précis, l'on

me distribution, que toutes t parfaitement d'accord à :ncore que, malgré tous les sent dans le réseau, elles it à ce réseau, dans le cas snce de potentiel constante, r les dynamos à courant conr la constance en agissant e mode d'excitation comit même s'obtenir automai. Marcel Desprez a proposé santé.

ateurs, la question est sin- ;xe ; la tension à régler est

142 l*4lectricit*

alternative, tandis que l'excitation est cor compoundage ne saurait, par suite, s'ol des organes intermédiaires. Pour le réali d'ailleurs bien connaître les causes qui la tension ; elles sont de deux sortes :

agissent pour changer le débit et celles quent des altérations dans la valeur de la Diverses méthodes ont été proposées plus répandues, qui est une méthode électrique, est celle de M.' Boucherot. E essentiellement à exciter l'inducteur par un courant continu, produit par une dynamo de forme très particulière. L'induit, qui porte un enroulement convenablement disposé, est mis en rotation par un champ tournant ; ce champ est dû à des bobines qui sont parcourues par /les courants induits euxmêmes par le courant de l'alternateur. Cette description sommaire est certainementinsuffisantepour faire comprendre le système, mais elle permettra, du moins, de deviner l'ingéniosité que l'auteur de l'invention a dû dépenser pour établir la solution d'un problème aussi complexe. D'autres procédés, dus à M. Blondel, à M. Leblanc, ont donné également de bons résultats ; on a aussi essayé des compoundages électromécaniques, oh l'on cherche à faire agir des régulateurs de vitesse pour modifier l'excitation.

L'intérêt de ces dispositifs est très grand, non seu- I lement parce qu'il est très important de parer f immédiatement aux baisses de tension qui pour . raient amener des fluctuations énormes dans l'in- I tensité lumineuse des lampes d'un réseau, ou une F

LES MACHINES GBHSRATRICES

insuffisance de puissance dans les moteurs art par une distribution, mais encore parce < réalisation d'un bon compoundage peut amen très notable économie dans la constructic alternateurs. On ne parvient, en effet, à dii la dépense de matière qu'en adoptant des d tions qui augmentent la réaction de l'induit > suite, aussi l'écart entre les tensions corresp< & des charges diffé rentes. 11 est donc de toute site, pour les alternateurs puissants, de pc des moyens très efficaces de régulation, si i veut pas être amené à des constructions pa dispendieuses. La Science, descendant d domaine de pur désintéressement, est seule ble de fournir ici a l'industriel les règles qu' suivre pour travailler dans des conditions miques.

S 4. - L'USINE ÉLECTRigUE lOOEnHE

Bien jeune encore, l'industrie électrique cependant une évolution déjà très sensible ses débuts timides, elle produisait des qu d'énergie relativement minimes, consommée un rayon peu étendu autour de l'usine généi et, au fur et à mesure qu'elle progressa, on ' d'abord croître très rapidement le nombre di tions de moyenne importance où se produi puissance électrique, distribuée à des abonn ombreux ou utilisée pour la traction sur des estreintes. Ainsi, il y a quelque vingt ans iclairer une simple avenue, comme l'avei

l'Opéra, à Paris, on avait cru nécessa trois stations : l'une place de l'Opér, d'Argenteuil, la troisième voisine de l'Opéra.

Mais l'industrie électrique n'échap temps à la loi générale, qui veut que en gros soit toujours plus avanlageusi duction en détail, et elle dût, pour ^ pérer, concentrer ses cll'orls. Il appai que les grands aussi bien que les pet ont intérêt à emprunter l'énergie, besoin, à une usine centrale de très sari ce. Les frais de premier établisseï de l'acquisition des moteurs et des d; construction du tableau de distributio ments, aussi bien que les dépenses ■ comprenant le salaire des ouvriers, le bon, de l'entretien et de la réparation < varient beaucoup suivant les unités qu on a calculé, par exemple, que, pour tramways, le prix de revient du kilo l'usine changeait du simple au double emploie des unités de 1,000 ou de 200

La station centrale de grande puiss devenue une nécessite économique e fait naître, dans ces dernières année de toutes les grandes villes, en Europ rique, de grandioses installations.

Ces centrales doivent s'élever sur ments convenablement choisis pour ■ sent recevoir facilement et à peu de fi tités énormes de combustible qu'elles

et aussi pour qu'elles trouvent abondamment l'eau nécessaire à l'alimentation des chaudières et des condenseurs. Les usines nouvelles de la région parisienne, celles d'Anvers, de New- York, de Philadelphie ont. pour' ces raisons, été construites au voisinage d'un cours d'eau.

Dans les installations mues par la vapeur, on utilise encore très souvent des machines à piston mais, bien entendu, ces machines sont à multiples expansions et, en général, eompound, c'est-à-dire à plusieurs cylindres. Le plus souvent, elles appartiennent au type horizontal tandem qui se prête à une surveillance facile, et à un entretien commode. La règle n'est cependant pas générale : Ainsi l'usine du Métropolitain de Paris, au quai de la Râpée, possède des groupes eompound verticaux et les centrales de New-York ont des machines colossales à deux cylindres, l'un, le cylindre à haute pression horizontal, l'autre, celui à basse pression, vertical, qui attaquent tons deux la même manivelle.

Mais ces énormes machines ont le grave inconvénient d'avoir des organes qui.se développent sur plusieurs étages; encombrantes, pesantes, bruyantes et dangereuses, elles commencent, en plusieurs endroits, à être remplacées par les turbines qui, grâce à leur grande vitesse de rotation, sonl, â puissance égale, singulièrement plus légères et plus ramassées; ainsi, à la belle usine de Saint-Denis, les turbines ont 3"' 50 de haut sur 14 mètres de long et 4 mètres de large, tandis qu'une machine à piston équivalente devrait occuper le cube d'une maison à trois étages ; le groupe électrogène à turbine pèse

l'blecthicité

ringt fois moins qu'un groupe de même constitué avec l'ancien moteur, jntre actuellement, dans les centrales, des le deux types différents : les turbines îs, telles que les turbines Pansons utilisées le Saint-Denis et les turbines verticales, les turbines Curtis employées surtout en ; celles-ci sont mieux équilibrées, mais inconvénient de faire porter tout le poids électrogène sur un axe unique, et aussi 'alternateur, placé directement au-dessus îil à vapeur, à une fâcheuse élévation de *e.

s enfin le très intéressant usage que l'on des turbines Râteau pour ne pas laisser

inutilement l'énergie que contiennent vapeurs qui s'échappent des machines à inaire sans condensation. Ainsi, aux mines eux puissantes dynamos à courant continu at gratuitement, en récupérant le travail

ainsi dire, s'en allait auparavant en î nient dans l'air, ur reste donc, dans les centrales -élec-

principale source d'énergie mécanique; .s été chassée du premier rang par le

courant qui a triomphé sur d'autres le moteur à explosion. Mais elle a été ar un autre rival, le moteur à gaz pauvre ive dans certaines régions métallurgiques.

s électrogènes de 6,000 chevaux, actionnés ; que fournissent les hauts fourneaux voile moteur a gaz pauvre est certainement

■PTO™"

LES MACHINES GÉNÉBÀTRlCES 147

plus quinteux et moins souple que le moteur à vapeur. '

Tous ces puissants moteurs actionnent aujourd'hui des machines génératrices également très puissantes. Les mêmes raisons d'économie et de meilleur rendement qui ont centralisé dans des usines, opérant en grand, la production d'énormes quantités d'énergie électrique, ont, dans ces usines même, conduit à n'employer qu'un très petit nombre de très grosses unités. Et l'on a su, dans ces dernières années, construire des machines capables de fournir, en un temps donné, un travail de plus en plus considérable. A l'exposition de 1889 on considérait avec admiration une dynamo de 250 kilowatts 1 , à celle de 1900 on trouvait prodigieux un alternateur de 3,000 kilowatts. Aujourd'hui on est arrivé à des unités de 8,000 kilowatts, capables, par conséquent de produire chacune une quantité d'énergie électrique comparable à celle que les sept secteurs de Paris réunis vendent à la totalité de leurs clients.

Il ne paraît pas nécessaire pour le moment de dépasser de beaucoup une telle puissance, on ne saurait, dans une usine centrale, pousser les choses à l'extrême et il serait imprudent de n'avoir qu'un seul groupe électrogène d'où dépendrait l'alimentation de toute une ville.

Les besoins d'énergie croissent d'ailleurs très

1. Rappelons que 1 watt vaut kgr. 102 par secondé, et que 1 kilowatt vaut 1.000 fois plus; un cheval-vapeur vaut 75 kilogrammètres par seconde ou 0,736 kilowatts.

Le kilowatt-heure, travail de 1 kilowatt pendant une heure, vaut 367.200 kilogrammètres, tandis que le cheval-heure, travail de 1 cheval pendant une heure, vaut 270.000 kilogrammètres.

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rapidement ; les tramways, chemins de fer de pénétratior mulateurs, les diverses industi peut être empruntée à une < ont des exigences de plus en trop d'exagération, l'on éval kilowatts- heure la quantité d pourra, d'ici peu, consommer parisienne. Deux ou trois usi Saint-Denis, subiraient à un l'on sent profondément les cl blés qu'apporte l'électricité au industriel, quand on voit tout loppée par les soins d'un pe:

a Saint-Denis, soixante-dix per et de nuit comprises, assure

Ce résultat merveilleux est' automatique dont l'usine fo ment pour l'alimentation en ce pris sur la Seine dans les c électrique, est porlé par les g lant dans d'énormes soutes façon régulière sur le foyer ■i'iO mètres carrés de surface et mâchefers sont de même ment. L'ouvrier ici command aucun rôle servile.

Dans ces grandes stations, est peut-être le tableau de d> et contrôle le courant produit qui l'envoie dans les circuil blcaux se présentent aujourd