LES PILES THERMO-ÉLECTRIQUES I
XVIII — Les piles thermo-électriques
De même que l'action chimique, l'action calorifique donne lieu à des courants électriques. Volta, dès Tépoque à laquelle il inventait la pile base'e sur l'action chimique, avait annoncé qu'une lame d'argent, chaufiFée inégalement à ses extrémités, donnait lieu à une production d'électricité.
Depuis, l'observation a permis de construire sur ce principe des appareils producteurs de courants qu'il est possible d'utiliser comme ceux des piles voltaiques.
Cîonrants thermo-électriques. — La fig. 122 représente l'appareil le plus simple au moyen duquel un courant
thermo-électrique puisse être développé. Il se compose de deux
jl, x.^ lames formant un circuit métal- Fio. 122. — Couple thermo- Hquc. L'unc de ces lames A est en électrique. cuivrc, l'autre Ben bismuth. Elles
sont soudées par l'une de leurs extrémités et à l'autre reliées par un fil métallique quelconque. Si Ton chauffe la soudure C, un courant se développe dans le circuit ainsi établi.
Appareil de Seebeck. — L'instrument ordinairement employé pour démontrer la formation des courants
L*éLECTRICITé * lO
l'élément Seebeck (fig. 12'i}. Il est fer c d et par une lame recourbée a b en maillechori (alliage de cuivre, zinc et nickel) soudée à la lace supérieure du barreau. Dans l'espace libre entre les métaux se trouve une aiguille aimantée a b, mobile sur un pivot vertical, destiqu'un courant se déve-
ihcrmo-électriques 1
loppc quand
hauffc l'une des soudures a
ibd.
Série thermo -électrique. — Le bismuth, le platine, le cuivre, l'étain, le plomb, le :(iTic, l'argent, le fer et Vantimoine sont les métaux les plus propres à la production des courants thermo-électriques. Si deux quelconques de ces métaux sont soudés et reliés comme l'indique la figure ci-dessus (fig. 122] et qu'on chauffe la soudure, un courant se développe. Cette liste est disposée de telle sorte que dans un couple thermo-électrique, le courant traversera le fil de jonction en pariant du métal le plus prÈs de la fin de la lisie pour venir vers celui qui est le plus rapproché du commencement. Dans un couple cuivre et bismuth, par exemple, le courant partant de la soudure chauffée, traverse le cuivre pour revenir au point chauffé par l'intermédiaire du bismuth. La chaleur produit donc ici un effet semblable à celui de l'acide dans le couple volîaîque et l'un des métaux, le bismuth, Joue le rôle d'électrode négative, tandis que le cuivre remplit celui ^ d'électrode positive. Mais la force électromotricc de l'élé- ,
LES PILES THERMO-ÉLKCTRIQl ES I47.
ment thermo-électrique est bien moindre que celle de Telément voltaîque. On ne parvient à obtenir un courant d'une certaine intensité' qu'en réunissant un grand nombre de couples; aussi les piles thermo-elcctriqucs n'ont-elles e'té jusqu'ici que d'un emploi assez restreint.
Pile thermo -électrique. — Pour former une pile
thermo-électrique, on dispose les y . ■ cj couples comme le montre la fi-
I ^ ' n ^1 gure 124. Ordinairement, on pré-
?**T^^™^*^ s/ P^^^* ^^^ séries de couples qu'on ■■■■■^"^^^■^^-^^ relie ou qu'on soude ensuite, pour
FiG. 124. — Assemblages des formcr la pilc entière, par les couples thermo-électriques. extrémités libres des métaux, en
ayant toujours soin d'observer Tordre alternatif.
Pile Glamond. — Il existe plusieurs piles thermo-électriques. L'une des plus connues est la pile Clamond, représentée par lafîg. i25.
Cette pile est formée de lames de fer et de barreaux épais d'alliage de zinc et d'antimoine ou de bismuth et d'antimoine, soudés entre eux co.mme le montre la fig. 126. ff sont les lames de fer, BB les barreaux d'alliage. Les éléments, au nombre de 5o ou 60, sont isolés les uns des ■autres par des lames de mica; ils sont groupés en couronnes superposées; la communication entre chaque élément a lieu par l'intermédiaire de la lame de fer^, soudée d'une part au barreau B en c et d'autre part, au barreau de l'élément suivant en g. Au milieu de la partie vide centrale se trouve un tube en terre réfractaire percé de trousen regard des soudures à chauffer. Un jet de gaz arrive dans ce tuyau et s'échappe par les trous latéraux pour brûler
148 l.'liLECTlliClTÊ
dans [l'espace annulaire libre. Chaque couronne forme un ensemble inséparable ei indépendant, qui peut êtrc relie'
es à l'aide de bornes placées exti rieurement sur une planchette, comme le montre la figure i25 et réunies entre elles de la même manière que les éléments d'une pile voltaîque ordinaire.
i lïS — A!jcmbis;c ds* pile ChaudroD. — Une autre
e sp>[; ,nmon . ^jj^ thermo-élccirique très connue t la pile Chaudron, représentce par la fig. 137. Elle a
LES PILES THEKVO-ËLECTBIQLES I41)
beaucoup d'analogie avec la prJccdtnic tt se chauffe également par le gaz.
La pile ou généraieur thermc lecirique rhuidrou coni- If prend, suivant lemcdele, de 5() a 400 elemtnis l'ornids chacun d'un barreau massif B (fig. 128) d'alliage d'antimoine (2/3) et de zinc ( 1/3), dh alliage de Marcus, soude â une lame mince de fer verni L. Le barreau est l'électrode positive et la lame l'clecirode négative. Les lames font saillie sur le pourtour de l'appareil pour favoriser le refroidissemeni.
Les éiémenis sontassembk-s par couronnes de ci, super-
,i5o i.'ÉLKcrRicETii
posées et séparées par des roi)d*;Ues isolantes d'amiante.
Ces couronnes peuvent être réunies en tension ou en quan-
lite' au moyen de bornes d'attache 6xées
extérieurement sur une règle en bois.
Les fig, 129 et i3o montrent le mode d'assemblage en tension, une couronne sur trois étant reliée h la précédente et il la suivante d'une manière fixe sans être munie de bornes d'attache.
La fig. i3o donne une coupe suivant l'axe vertical de l'appareil et montre les détails de la construction. T est la tubulure servant à l'arrivée du gaz; Fin. ijg, — Modedsi- \ ]^. tuyau en terre percé de trous par dti éiém^niE de jb lesquels le gaz s'échappe pour brûler pN« ChfluJron, dans l'espace annulaire; D la prise d'air
nécessaire à la combustion du gaz; BB les barreaux d'alliage et r r les rondelles d'amiante isolantes.
Ov^J^-
régulateur qui n'e
LES PILES THKRHO-ELKCTRlQtb^ l?l
Le gaz, amené par un tube de cacmtchoui". traverse un 1 laisse passer que la iiuantiie nécessaire; il se répand dans le tuyau A et vient brûler en regard des points de soudure des éléments.
Un nouveau dispositif a ete reecmment adapte à ces appareils pour remplacer à volonté le gaz par l'es-ence de pétrole. Une modification également récente consiste à taire aboutir extérieurement toutes les bornes négatives des couronnes sur une règle .—^^ ...i„i, ^' toutes les bornes positives sur une
'-'^H VH ai"f'= •■t^g'c ;iîg. i3i'. Cette disposi-
^S B9 *'"" présente pour le couplage des
"~ couronnes des facilites que n'offrait
pas celle de la Hg. i2().
""'' On a construit des piles ihcrmo-
éleciriques de plusieurs milliers d'éléments, comportani un foyer dans lequel on brûle du coke. Leur puissance ■est assez considérable, mais relativement faible par rapport ■à la dépense de combustible. Aussi ces appareils n'ontils reçu jusqu'ici que peu d'applications. Cependant ils ■sont employés avec avantage dans certaines opérations de ^galvanoplastie en raison de la constance de leur courant ■et de la facilité avec laquelle on peut en régler l'intensité.
Beaucoup de recherches sont faites en vue d'obtenir ■des piles thermo-électriques puissantes. Quelques savants pensent même que c'est dans cette voie qu'il fiiut mar- ■cher et que le véritable progrès de la science est lié au ■principe de la thermo-électricité. L'avantage d'obiLnîr le
pi
Si»-
l52 L ÉLECTRICITÉ
courant électrique^ directement de la chaleur, sans passer par les diverses transformations de Fénergie, ébullition et vaporisation de l'eau, mise en mouvement d^une machine à vapeur, communication de ce mouvement à une machine dynamo-électrique, est d'ailleurs assez évident pour qu'il soit inutile d'insister sur l'importance du problème, si l'on parvenait à le résoudre.
INDLXTION LA BOBINK DK RUHMKORFF l53
XIX — Induction — La bobink dk Ri:hmkorkk
L'électricité obtenue par le frottement diffère essentiellement, par sa manière d'être, de celle que produisent les actions chimiques. Le caractère de celle-ci est de donner lieu à des courants dans des conducteurs convenablement disposés, tandis que la première se distingue par sa tendance à s'échapper, à travers Tair, de la surface des corps sur lesquels elle a été développée. Une petite machine à frottement produit facilement des étincelles de plusieurs centimètres de longueur; au contraire, une pile puissante, composée d'un grand nombre d'éléments, ne donne qu'une faible et courte étincelle et, pour l'obtenir, il faut d'abord rapprocher les pôles au contact, puis les écarter avec une certaine précaution.
L'électricité de frottement possède donc une grande aptitude à surmonter les résistances, une haute tension^ tandis que l'électricité due à l'action chimique, ou de la pile, n'a qu'une très faible tension.
Il est cependant facile d'obtenir une haute tension électrique au moyen de l'électricité delà pile. L'un des instruments employés pour arriver à ce résultat est la bobine de Ruhmkorff, basée sur les courants d'induction.
Induction. — Les courants d'induction ont été décou-
i54 LLLF.CTkicirK
rens pdf Faraday i qui les âi connaître i-n i832. Ils scdéveloppcni dans toui conducteur formant un circuit fermé, quand on l'approche, soit d'un autre conducteur dans lequel circule un courant électrique, soit d'un aimant. Dans le premier cas, ils sont dits courants ^TinJuction électro-dynamiqtÊt, dans le second, courants d'înJuction électro-magnétique: mais, comme ils sont absolument identiques dans leurs caractères et leurs effets, cette distinction n'a aucune imponance.
Indaetlon pftr on eonrant. — Dans la tigure i32 on voit la disposition employée pour démontrer la production
courant induit piii
utre courant.
.\ et B sont deux bobines creuses de til métallique isolé, de dimensions telles que A peut entrer dans B. La bobine A est formée de gros fil et constitue ce que l'on appelle la bobine primaire ou inductrice; B est en fil fin:
c'est la bobine secondaire ou induite. Si les bouts a et a' de la bobine A sont reliés aux pôles d'une pile et si, d'autre part, les bouts b et b' de B sont rattachés aux bornes d'un galvanomÈtre, on ICI 2,— nJun.M j)atuncou..ni. ^onstatc par le mouvement de l'aiguille de cdui-ci qu'un courant se produit dans la
anfflaifl, i
iSb;.
INDUCTION — LA BOBINK DK RI.KUKORKK l55
bobine B quand on întroJuic A dans rnuvoriuri; centrale. De même, il se produit un courant quand on retire A -deB; mais alors on remarque que ce second courant induit est de sens contraire au premier. En effet, l'aiguîHc du galvanomètre dévie dans un sens oppose à son premier mouvement.
Les courants d'induction ainsi produits dans la bobine B, ■ par Tinfiuence du courant de A, persistent aussi longtemps que le conducteur A est en mouvement ; mais ils cessent aussitôt que ce mouvement s'arrOtc.
Si on laisse la bobine A à l'intérieur de B, au lieu de la déplacer, et qu'on y fasse passer un courant interrompu fréquemment lîg. T??. il se produit encore des
courants induits dans B. Ces courants circulent dans un sensquind le courant inducteur commence à passer et dans l'autre sens quand on l'interrompt ; ce phénomène est facile à constater par les déviations de l'aiguille du galvanomètre, placé dans le circuit de la bobine B.
Extra-conraat. — Dans la bobine B, le courant induit qui parcourt chaque spire agit sur les spires voisines
comme si chacune d'elle éiait une portion d'un circuit indépendant. Cette action est appelée induction d'un courant sur lui-même et le courant qui en résulte prend le nom d'extra-courant. La durecdel'estra-couiant est très courte': il se produit au moment où commence et au moment où
L'extra-courant est de sens inverse à celui du courant qui commence et par suite tend à l'affaiblir; au contraire, il est de même sens que le courant qui finit et alors les effets s'ajoutent. C'est ce qui explique pourquoi il y a production d'une étincelle quand on rompt le deux conducteurs formant circuit, tandis qu'il ne s'en produit pas quand on rétablit.
Induction par un aimant. — Des courants induits se développent également quand, au lieu d'une bobine primaire, on introduit dans la bobine secondaire (fig. i 34) un
barreau aimanté ; tous les effet* indiqués ci-dessus se produisent avec cette nouvelle disposition. De plus, si l'aimant est laissé immobile dans la bobine B et qu'on en approche
hiiM
IXDrCTJOX LA BOBINE DE RI KMkORVK 1>-
et éloigne altemativemem un autre aimant, il rcsulto do ces mouvements des modilîcatîttns magnétiques qui donnent encore lieu à des courants induits.
Un barreau d'acier ou de fer s'aimante quand il est enveloppé df'un circuit métallique dans lequel passe un courant: réciproquement, un aimant fait naitre des courants d'induction dans un circuit qui Tenveloppe, et les erfets qu'il produit sur ce circuit sont absolument identiques à ceux de la bobine primaire sur la bobine secondaire. Il est donc £acile de comprendre qu'en ajoutant un noyau de fer doux dans la bobine inductrice on obtient dans la bobine induite des courants plus puissants. Les effets d'induction se trouvent ainsi sensiblement augmentes quand on place dans le vide central de la bobine primaire une iij;e de fer doux ou mieux encore un faisceau de tils de fer, qui s'aimanioni sous l'influence des courants circulant dans la bobine.
C'est en mettant en mouvement des bobines de til dovani des aimants ou des électro-aimants et en uiilisani les actions inductrices qu'on obtient des courants puissants dans les machines magnéto et dynamo-électriques.
Bobine de Ruhmkorff. — Cet appareil, ainsi appelé du nom de son inventeur (i)^ est représenté par la ligure i ;<s. Il consiste essentiellement en deux bobines; Tune formée d'un gros fil, dont les extrémités se voient en a h, est enveloppée par la deuxième, en fil fin, dont les extrémités aboutissent aux bornes f f constituant les pôles de rappnreil. Au centre est un faisceau de fils de l'er doux fonnaiu noyau, contre lequel vient buter un ressort /•, qui porte le nom d'interrupteur. Le réglage de ce ressort s'elleiMue
(i) Ruhmkorff, constructeur d'appareils clcclrii|UCH mc ii Ilmicivio icn i8o3, mort à Paris en 1877.
npnpuppviiii^
au moyen d'une vis B. En ouirc comporta un commutateur C c
la bobine de Ruhmkorff un C'indensateur placé
dans le socle en bois qui supporie les autres organes.
L'appareil est mis en marche et arrêté au moyen du commutateur. Suivant le modèle de bobine on emploie soit le commutateur de Ruhmkorff (ti'^. i3G), soit k commutateur de Berlin (fig. 137).
Le commutateur de Ruhmkorff est représente en coupe
et en perspective par la fig. i3ô.
• un noyau cylîn
, drîque en buis ou en êbonite sont fixes deux secteurs de cuivre C C, sur lesquels viennent appuyer deux lames dlastiques de laiton A et B, reliées chacune à l'un des pôles de la pile. L'axe mctalliquc du noyau est formé de dci parties, séparées ci isolées l'une de l'autre au centre de la masse isolante; mais chaijue partie communique par une vis à l'un des secteurs C C Le courant, arrivant de ( 1j pile par la lame B, en contact avec le secteur miitallique C, passe par le support E pour se rendre dans la j bobine primaire en traversant l'interrupteur et revient pôle négatif par le support E' et la lame A. En tournant-J le commutateur d'un demi tour, au moyen du bouton 1 molleté qu'on voit dans la partie droite de la figure, rcpriisentant l'appareil en perspective, le secteur C vient au contact de la lame B, le courant passe par le support E' et suit un chemin inverse au précédent. On peut donc ainsi changer à volonté le sens du courant primaire et par suite celui du courant induit. En tournant le commutateur d'un quart de tour seulement, les lames A et B ne sont plus au contact des secteurs métalliques, car ceux-ci n'oceupcni chacun que le quart seulement de la circonférence du noyau cylindrique isolant, ei l'appareil cesse Je fonctionner.
Wt* commutateur Bertir,
mmm
160 L'iil.r.CTilLCETÉ
par la figure i35, est montre à une plus grande echclîc dans Ja figure iSy. Il consiste en un disque d'cbonîte tournant sur un axe central au moyen d'une poignée m, dont la <:ourse est limitée par deux arrêts c c'. Sur ce disque sont fixées deux pièces de cuivre dont l'une, o, est reliée par l'axe k la borne P où vient aboutir le pôle positif de la pile; l'autre pièce i e, en fer à cheval, communique sous le disque, par frottement, avec une lame aboutissant à la borne N, reliée au pôle négatif de la pile; sur le côté du disque opposé à la poignée m et fixées au socle en bois, sont deux bornes h b' portant deux lames élastiques en cuivre r r' . A ces lames viennent s'attacher les extrémités du fil primaire de la bobine.
La poignée du commutateur étant placée comme le montre la figure, le courant positif vient en o, passe par la lame r et la borne b; après avoir traversé l'interrupteur et le til primaire de la bobine, il revient au pôle négatif de la pile par la borne b\ la lame r', la pièce en fer à cheval 1 e et la borne N, Si la poignée du disque était amenée près de l'arrêt c, la pièce o serait au contact de r' ; et la pièce 1 e au contact de r;le courant suivrait une marche inverse à la précédente. Enfin si la poignée était à égale distance des arrêts c c', il n'y aurait pas de contact entre les pièces du disque et les lames r r' ; aucun courant ne passerait dans la bobine.
Ce commutateur peut d'ailleurs être adapté à d'autres appareils qu'à la bobine d'induction. Il permet de suivre très facilement la marche du courant.
Fonctionnement de la bobine de Ruhmkorff. — Le
iiagramme ci-dessous [fig. i38) donne le détail des communications de la bobine de Ruhmkortf. L'interrup-
fappme xc repi» ::inrz inc -:- z^. -^:
toi à rûSe £1: —rTT-mT-Tfn^T— ." r".' — i qiûtte la-ris â; rig*:* ;■: ji ^i:--!:- ;-- tôt nmernç^asrr T^r^i:rz m. rir-i.- ::■; Rssonr ipii Jt s=:p:rî±- n .i --.i-ir- De ce monvcoK:: iî Tt-^--.::T: ri-^;; npîde de cooi*nis ii ril; ii=* -x r> r cnn de ces ^ronrasTï i::u:; T"î.i i j;;; dans la bobine 5£j:oi^r= =: := r. ; ~ rr^ trts considérable.
La bobine compons ■:ri:r,rlr;--.;r.; représenté en B B n*:, :?> c: rl^;»
l'appareil. Il est forme Je :ei;;"<os ^ft-ia
fetiilles de papier verni. I/;i t<:iii\\". '('''taid rénnies envemb]e -j'u» t'/U» ':i )"f (-uj])"
ipiil
l'autre, de piètement
soldi
L lOLKCTniciTf; e à former deux séries alternatives eu ; l'une de l'auire. L'une des séries
reliée au support de l'interrupteur b, l'autre à la vis de repos d. Les feuilles d'eiain ainsi disposées ne font pas partie du circuit primaire, mais elles en forment en quelque sorte les épanouissements latéraux, de chaque côté du point oii se produisent les interruptions. L'effet du condensateur est de diminuer les étincelles qui se produisent entre la bobine et l'interrupteur et d'augmenter la tension des courants induits.
Les extrémités du fil de la bobine secondaire étant reliées, les courants induits opposés traversent le til de jonction. Si les extrémités du fii oupoles de la bobine ne sont pas reliées, les courants induits, produits par la Fermeture du circuit primaire, dont la tension est affaiblie par l'extra-courant, ne peuvent vaincre la résistance de l'air; mais les courants d'ouverture, auxquels s'ajoutent les extra-courants, surmontent cette résistance et jaillissent en étincelles. La force et la longueur des étincelles varient avec la puissance de la bobine.
Bobine de Ruhmkorff, grand modèle avec Interrupteur à mercure. — La figure i3cf représente une bobine d'un autre miTdèle. Les fils d'entrée et de sortie de la bobine primaire se voient en FF'; les extrémités du fi! fin de la bobine secondaire sortent caff et s'attachent aux pôles B B' de la bobine. A gauche de la figure se trouve le système interrupteur du courant, dit interrupteur à mercure. M est un marteau en fer doux qui se trouve attiré par le noyau de la bobine primaire quand le courant passe; il est monté sur un levier qui supporte à 1 autre extrémité une aiguille plongeant dans un réci-
pieni à murcurc, qui ferme le circuit. Chaque fois que le marteau est attire, l'aiguille quille le contact du mercure, puis y revient, par l'effet de la disposition mécanique, aussitôt que l'attraction cesse. Le circuit étant de nouveau fermé, la même action se reproduit. La succession des courants inducteurs et des courants induits qui résulte de ce va-et-viem est si rapide que ceux-ci, s'ajouiani les uns aux autres, atteignent une tension considérable. Des étincelles très longues et très brillantes jaillissent entre les pôles de la bobine quand l'appareil fonctionne.
On construit aujourd'hui des bobines de Ruhmkorff qui produisent des étincelles d'une longueur de plus d'un mètre. Avec ces puissantes bobines, il est indispensable de faire usage d'un interrupteur spécial, connu sous le nom d^ interrupteur à mercure de Foucault; car dans ce cas, l'inierrupieur à marteau oscillant devient insuffisant, les surfaces de contact s'échauffant jusqu'à se souder.
L'interrupteur Foucault, du même genre que celui qui vient d'être décrit, comporte un levier oscillant sur l'une des branches duquel sont fixées deux aiguilles qui plongent chacune dans un godet contenant du mercure ; l'autre branche du levier porte à son extrémité une armature qui peut être attirée par un électro-aimant, placé au-dessous d'elle et actionné par une petite pile indépendante. Le circuit de celle-ci se trouve ouvert ou fermé par les interruptions que produit le contact de l'une des deux aiguilles avec le mercure d'un godet. Il en résulte des oscillations rapide du levier qui ouvrent ou ferment le circuit de la pile inductrice, dans lequel se trouvent compris l'autre aiguille et son godet. J
LES MACHINES MAGNÉTO ET DYNAMO-ÉLECTRIQUES l65
XX — Les machines magnéto et dynamo-élix/iriques
Principe des machines. — Quand une bobine de fil de cuivre ou de fil métallique quelconque isole se meut devant les pôles d'un aimant ou d'un e'iectro-aimant, un courant induit se produit dans le fil de cette bobine.
C'est sur ce principe qu'est base'e la production des courants électriques par les machines magnéto et dynamo-électriques.
Dans ces machines, les bobines induites, enroulées sur des noyaux de fer, tournent entre de puissants pôles magnétiques qui tendent à les empêcher de tourner. Il faut donc un moteur relativement puissant, une machine à vapeur, par exemple, pour les mettre en mouvement et vaincre l'attraction à laquelle elles sont soumises. L'énergie mécanique que dépense ce moteur se convertit, en grande partie, en énergie , électrique dans le fil induit des bobines.
Principaux organes des machines. — Ces machines comportent trois parties importantes : i" les inducteurs ; 2® V induit ou armature; et 3** le commutateur ou collecteur et ses balais.
1 " Les inducteurs. — Ce sont des aimants permanents en acier dans les magnétos et des électro-aimants dans les dynamos. Ils sont disposés de manière à produire un champ magnétique intense, résultant de la convergence de leurs lignes de force.
3" L'induit ou armature. — C'est un système de fils de cuivre isolés, divisés en sections ou hélices et enroulés sur un ou plusieurs noyaux de fer doux, ou plus ordinairement
r un noyaujimique de forme circulaire, qui prend aussi le nom d'anneau. L'anneau est très souvent constitué par un faisceau de fils de fer doux.
L'armature, quelle que soit sa forme, est dispose'e sur un arbre, de manière à pouvoir tourner avec rapidité devant les pôles des inducteurs, dans le champ magnétique qu'ils produisent.
Dans quelques machines spéciales, la position des inducteurs et de l'induit est inversée : l'armature est immobile et les inducteurs tournent.
î' Le collecteur et ses balais. — Le collecteur est une pièce cylindrique constituant un prolongement de l'arbre de l'armature et tournant avec celle-ci. Il est formé d'une masse de matière isolante dans laquelle sont encastrés des secteurs de métal qui se trouvent ainsi isolés les i^ns des autres. Chacun d'eus est relié avec l'une des sections du fil de cuivre enroulé sur l'anneau.
Les balais sont des brosses en fil de laiton ou des lames appuyant sur le collecteur. L'arbre, en tournant, amène
jcessivement chaque secteur métallique du collecteur au contact des balais, et ceux-ci recueillent les courants induits qui se produisent dans les sections correspondantes du fil de l'armature, à leur passage devant les pôles des aimants "U des éleciro-aimants inducteurs.
LES Machines magnéto et dynamo-électriqves 167
Ufférence entre les magnétos et les dynamos. — Les machines magnéto-électriques dififèrcnt des machines dynamos en ce que les inducteurs, dans les premières, sont constitués par des aimants permanents, tandis que, dans les secondes, ils le sont par des électro-aimants.
Premières machines. — Les premières machines oni été celles de Pixii et celle de Clarice; celle-ci nV'tait, d'ailleurs, qu'un perfectionnement de la première.
La machine de Clarke consistait en un puissant aimant inducteur, recourbé en fer à cheval et place venicalemcni. Deux bobines de fil de cuivre isole, montées sur des noyaux en fer doux reliés entre eux, pouvaient tourner rapidement, autour d'un axe horizontal, devant les pôles de Tinducieur.
La machine de Nollet, dite de TAlliance, qui a ligure à l'exposition de Londres, en 1862, et servait à Téclairage électrique, était constituée par plusieurs machines C.larkc. reliées entre elles comme les éléments d'une pile, hlllc a été abandonnée et remplacée dans la pratique par la machine de Gramme.
Toutes les machines qui ont été construites depuis reposent sur le principe de la machine Gramme et n'en liiffèrent que par les détails de leur coiv^iruciion. Il suHil donc de connaître les machines Gramme pour comprendre le fonctionnement des autres.
Machines magnéto-électriques. — La ligure i^o montre une magnéto Gramme à bras, à laquelle le mouvement est donné au moyen d'une manivelle. La ligure i.fi représente la même machine mue par une pédale. Dans ces machines, l'armature tourne entre les pôles d'un aimant feuilleté en forme de fer à cheval. Klles sont destinées h des expériences de laboratoire. Pour les usages industriels
L K[.[îCrHiCiTK
on se sert de dynamos. Dans les unes et les autres, l'armature ne varie que par ses dimensions, sa construciion res-
tant identique. Cette armature, ou ai racte'ristique des machines Gramme.
;t Torgane £
Dynamos. — Construction et fonctionnement. — I
figure 142 représente une dynamo Gramme du type orS nairement employé dans les ateliers ou usines de prodifl lion d'électricité pour l'éclairage.
Les masses polaires en fer incurvées de deux électrt
un faisceau annulaire de fils en ferdoux A(fig. 143), autour duquel est enroulé en spirale un fil de cuivre isole B formant un circuit complet; mais cette spirale est partagée en un certain nombre de sections et chacune de ces sections est reliée méialliquement à des lames ou rayons R, dont les prolongements constituent les secteurs métalliques du collecteur.
Des réaciinns maE^nétiqucs complexes se produisent
LES MACHINES MAGNÉTO ET bYNAMcl-IXKCTIIIQliKS
iiiire les inducteurs et l'induit quand telui-ci tourne. Pour ;
Lxplîquer la formation du
on admet que, pendant
ia rotation, l'une des moitiés de Tarmaiure étant soumise k l'influence du pôle Nord et l'autre à l'influence du pôle^Sud \
pes inducteurs, il se trouve, entre chaque demi-circonférence supérieure et inférieure, une zone neutre, marque'e Jpar les "points N et P (lig. 144). Du point N partent deux
L ELECTRIC ITC
courants, marchant en sens opposé, qui viennent aboutir au point P. Ces courants se font équilibre et ne peuvent se manifester tant qu'aucune issue ne leur est offerte ; mais si les
pointsN et P (fig. 143; sont réunis par un conducteur exte'rieur, les deux moitiés de l'armature agissent comme deux éle'ments de pile assembles en surface ; les deux courants
s'ajoutent et, partant de 1' ar.-i<. -voir parcouru le circuit.
P, reviennent en N
LES MACHINES MAGNÉTO ET DYNAMO-ÉLECTRIQUES IjS
En raison du mouvement de l'armature et de l'immobilîté des points neutres N et P, on ne pourrait établir de communication avec le circuit exte'rieur si la disposition du collecteur n'obviait à cette difficulté.
Chacun des secteurs métalliques incrustés dans la partie cylindrique du collecteur est relié, comme il a été dit plus baut, à l'une des sections du fil de l'armature. L'un des balais frotte sur le collecteur au point N (fig. 146), d'où partent les deux courants divergents ; l'autre balai frotte au point P, oïl les deux courants viennent converger. Tous les secteurs venant passer successivement sous chaque balai, il y a donc, dans le circuit formé par le fil de l'armature, les balais et le conducteur extérieur, une émission continue de courant, sans intermittences, car les balais sont disposés de telle sorte qu'avant de quitter le contact d'un secteur, ils sont déjà au contact du secteur suivant.
Enroulement des dynamos. — Auto-excitation. —
FiG, 147, — Enroulement en série.
Fig. 148. — Enroulement en dérivation.
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Les machines fonciionnani de cent; manière sont dîtes à courant continu. Elles sont auto-excitatrices, c'est-à-dire que les électro-aimants inducteurs s'aimantent d'eux-mêmes dès que l'armature tourne, et se distinguem, d'après le ^ mode d'enroulement du fil sur li;s inducteurs ei l'induiti en dynamos en série, en dérivation et compound,
i" Dynamos en série. — Le fil des inducteurs est le pro; longement de celui de Tarmaiurc et, par suite, fait part du circuit total comme le montre la figure
3" Dynamos en dérivation. — Le fil des inducteurs est une dérivation du circuit total, prîsesurlcs balais (fig. 148).
3° Dynamos compound ou à enroulement composé. ■
Deux fils sont enroulés sur les inducteurs. L'u
, gros, est
compris dans le circuit total et constitue un enroulem en série; l'autre, fin, est un enroulement en dérivatî<S
LES MACHINES MAGNÉTO ET DYNAMO-ÉLECTRIQUES IjS
Le système compound est donc une combinaison des deux modes en se'rie et en de'rivation (fig. 149).
Chaque mode d'enroulement produit des effets différents, et l'ingénieur électricien adopte l'un ou l'autre, suivant les besoins particuliers auxquels il doit satisfaire.
Quand on fait fonctionner une dynamo auto-excitatrice pour la première fois, il est nécessaire de l'exciter, de l'amorcer par le courant d'une pile ou d'une autre machine. Mais ensuite, les électro-aimants et l'anneau conservant toujours un peu de magnétisme rémanent, le mouvement de l'armature développe des courants induits très faibles d'abord, mais qui, s'ajoutant les uns aux autres, augmentent progressivement d'intensité et produisent l'auto-excitation en peu d'instants.
. Excitation séparée. — Il y a un quatrième mode
Fig. i3o, — Enroulement d'une machine à excitation séparée.
d'enroulement, c'est celui des dynamos à excitation séparée, dans lequel le fil des inducteurs est indépendant de celui de l'armature (fig. i5o). Les machines de ce genre ne
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peuvent fonctionner qu'à Vaidc du courant d'une autre machine traversant le til des electro-aimants. Il v a donc une grande ressemblance entre leur fonctionnement et celui des machines magnctos.
Machines à courants alternatifs. — Les machines magnétos et les dynamos à excitation séparée sont ordinairement disposées pour produire des courants alternatifs, nécessaires à certains usages, tels, par exemple, que l'éclairage par des bougies Jablochkt>tf.
Dans la machine dynamo Gramme à courants alternatifs, représentée par la rigure i52, les inducteurs ne sont plus fixes, ils tournent, tandis que l'induit reste immobile. Celui-ci est toujours ct»nstruit d'après le même principe : c'est Tanneau de la machine à courants continus; mais ses dimensions sont augmentées ; il a la forme d'un cylindre à l'intérieur duquel tournent les inducteurs.
Fio. i5i. — niajjramme Je la machina Gramme à cv^urduii^ akoriiatits.
Le diagramme de la figure i .^^ i montre la disposition
1^8 L'i'XECTRiCllK
de l'induit ei des inducteurs. Ceux-ci, au nombre de huit, sont fixés radialement sur l'arbre. Les noyaux, alternativement, de nom contraire, sont munis d'e'panouisse-
■ ments polaires passant très près du fil de Tanneau cylin- I drique. Ce fil est partagé en autant de sections qu'il y a I de branches dans le système inducleur, et chaque section f est divisée en quatre he'lîces distinctes dont les extrémités
' aboutissent aux bornes extérieures que montre ia figure i52. On voit facilement par le diagramme comment, quand l'inducteur tourne, il se développe successivement et alternativement, au passage de chacune de ses branches, des
., courants opposés dans les hélices Je l'induit et comment ces courants alternatifs circulent dans le ou les circuits extérieurs, car chaque machine peut en alimenter plu-
'■ sieurs. On se rend compte également que le nombre de ces courants est très considérable et proportionnel à la vitesse de rotation des inducteurs.
Primitivement, les machines à courants alternatifs étaient
, à excitation séparée, mais l'inventeur les a rendues autoexcitatrices en plaçant les deux machines dans le même bâti et sur le même arbre. L'excitatrice, qu'on voit h gauche
■ de la figure, est une machine à courant continu dont le - courant recueilli par deux balais, suivant le mode ordinaire, est transmis aux inducteurs de la machine à courants alternatifs qui occupe ia partie gauche de la figure. Les deux machines n'en forment donc qu'une, mise en mouvement par une seule courroie, ce qui est un avantage considérable.
Les machines à courants alternatifs peuvent divers emplois, mais elles sont presque exclui ; servées à l'éclairage par bougies Jablochkoff.
