PRODUCTION DTN COURANT CONTINU

on a

E = iO volte.

Si le conducteur AB fait partie d'un circuit fermé» de résistance totale égale à R ohms, l'intensité du courant induit sera exprimée par

1= -=r ampères,

pour E exprimée en volts.

D'autre part, ce courant induit donne naissance à un champ magnétique qui enveloppe le conducteur et réagit en même temps sur le champ primitif : celui-ci est renforcé du côté où le flux primitif et celui dû au courant sont de même sens; il est affaibli dans la région où les deux flux sont de sens contraires. On désigne par réaction magnétique la cause de cette déformation du champ primitif.

Pour déterminer le sens [qu'on a appelé] positif de la force électromolrice, on a généralement recours à la règle suivante, d'où procède directement une autre appliquée plus loin (p. 10) à une armature à courant continu :

On suppose la 7nain droite étendue dans le champ magnétique de telle sorte que le flux la pénètre par la paume et que le mauvement du coîiducteur s'effectue dans la direction du pouce sépaté des autres doigts à angle droit; la force électromotrice induite agira alors [ou le courant s'écoulera) dans le sens du poignet au bout des doigts.

Le sens positif du flux de force est celui suivant lequel serait sollicité un pôle Nord libre ; le flux pénètre donc dans un pôle Sud et émerge d'un pôle Nord.

Lorsqu'un courant circule dans un conducteur, il crée, comme il est dit plus haut, autour de ce conducteur un flux do force dont le sens est donné par la règle suivante :

On suppose le conducteur remplacé par la main droite étendue, le courant y pénétrant par le poignet et la quittant par les doigts; on tourne la paume de la main face à la portion des lignes de force pour laquelle on veut déterminer le sens du flux ; le pouce écarté à angle droit indique ce sens.

Ces deux règles peuvent se déduire Tune de Tautre par application du principe de la conservation de l'énergie .

Si la machine doit fonctionner comme moteur, son sens de rotation se détermine d'apriîs la loi de l'action et de la réaction, ce qui revient à appliquer avec la main gauche^ au lieu de la droite , la première règle ci-dessus :

Plaçant la main gauche étendue dans le champ mar/nétique, de telle sorte que le flux la pénètre par la paume et que le courant s'écoule par le bout des doigts^ on aura le sens de rotation du moteur par la direction du pouce écarté des autres doigts à angle droit,

2. Induction unipolaire. — On ne pourrait, avec la disposition précédemment décrite, obtenir un courant indéfiniment de môme sens que si le champ magnétique avait une étendue illimitée. L'induction cesse en effet dès que le conducteur vient à quitter le champ magnétique, etlesens du courant change dès qu'on inverse celui du mouvement de ce conducteur.

Fig. 2.

Modifions cependant la disposition représentée par la figure 1 de telle sorte que le conducteur AB se meuve circulairement autour de Yaxe dunpôle (fig. 2) ; nous obtiendrons ainsi un courant continu et permanent tant que durera le mouvement, à la condition que le circuit soit fermé par deux bagues fixes S,S^ et par un conducteur extérieur reliant ces deux bagues.

Celles-ci peuvent d'ailleurs également tourner avec AB, auquel cas des balais collecteurs doivent être appliqués en deux points C et D, par exemple.

Le conducteur AB se meut ainsi de façon continue dans un champ d'intensité constante, et la surface de la boucle à travers laquelle varie le flux se trouve Umitée par la surface cylindrique ABCD.

INDUCTION UNIPOLAIHE 5

Le flux est bien» des lors, toujours coupé dans le même sens, et Ton obtient, par un mouvement ininterrompu, conformément aux règles données, un courant continu permanent.

Comme l'un des pôles, le pôle Sud dans la figure 2, peut être éloigné deTautre autant qu'on veut, sans que Tinduction dans le

nrmn

Fig. 3.

Macliine unipolaire & courant continu.

conducteur AB devienne nulle, on dit cette induction unipolaire^ et les machines construites sur ce principe prennent le nom àe machines unipolaires à courant continu.

La machine unipolaire est très simple; la figure 3 en représente une. Le champ magnétique y est créé par Ja bobine magnétisante F, de telle sorte que le flux de force, dont la trajectoire est figurée par une ligne en pointillé, reste en majeure partie confiné dans le fer et présente une grande intensité dans l'étroit entrefer où se déplace l'armature.

Celte armature consiste en un cylindre de cuivre K isolé de Taxe et à l'extrémité duquel portent, transversalement à ses génératrices, une ou plusieurs paires de balais fixes, tels que Bfi^.

Malgré sa simplicité et les nombreuses recherches dont elle a été 1 objet» la machine unipolaire à courant continu n'est cependant pas encore entrée dans le domaine des applications pratiques.

Le défaut capital de son principe consiste essentiellement en ce que la grandeur de la force électromotrice que peut fournir une machine dans ces conditions est intimement liée aux dimensions de ladite machine.

Comme l'indique l'expression (i), la valeur de la force électrornotrice induite dépend de Tinduction ou du cliamp créé, de la longueur induite du conducteur et de sa vitesse linéaire de déplacement. Do ces quantités les deux extrêmes 3e et t; ne peuvent dépasser certaines valeurs qui, une fois atteintes, ne laissent plus comme marge pour l'augmentation de la force électromotrice que rallongement du conducteur induit, c'est-à-dire l'accroissement des dimensions de la machine. On est ainsi limité à une force électromotrice relativement faible.

: Admettons, par exemple, qu'on veuille, avec JC = 18 000 gauss, et V = 6000 cm : s, avoir E = 60 volts; il faudra faire / = 35 cm, longueur qui, pour un cylindre en cuivre monté en porte-à^faux, ne saurait guère ôtre dépassée. Or, en prolongeant, symétriquement par rapport au balai B^, le cylindre de cuivre de la figure 3 ^l'une longueur égale à B, B^ et disposant pour ce prolongement un système magnétique identique au premier, on arriverait, comme tension entre les balais extrêmes, à 120 volts environ au maximum pour une vitesse périphérique de 60 m : s !

On ne saurait donc guère attendre économiquement d'une telle machine fournissant une grande intensité de courant qu'une puissance proportionnelle à son poids. Gomme on peut d'ailleurs disposer des balais sur toute la péripliérie de son armature, elle semblerait spécialement désignée pour de grands débits. Cependant Texpérience a démontré que le travail de frottement et l'usure des balais et des bagues prennent, aux grandes vitesses périphériques, une telle importance qu'on ne peut compter, dans ces conditions» sur une exploitation régulière. D'autre part, à de faibles vitesses tangentielles, la puissance des machines unipolaires est trop faible par rapport a leur poids.

COUPLAGE EN SÉRIE DE CONDUCTEURS INDUITS 7

On pourrait bien encore élever la tension, dans le cas d'induction unipolaire, par le couplage en série de conducteurs induits ; mats ce procédé n'est réalisable que par application de séries de balais et par remplacement du cylindre de cuivre de la figure 3, par exemple, par plusieurs autres concenti-iques, isolés l'un de l'autre et réunis en tension par les balais. Encore ne pareraiton toujours pas ainsi aux inconvénients inhérents aux machines unipolaires.

3. Couplage en série de conducteurs induits. — Le couplage direct en série de conducteurs induits, dans le but d'ajouter les unes aux autres les forces électromotrices dont ils sont le siège,

Fig. 4.

Montage à pâles alternés, dit alterao- ou hétéropolaire.

exige que ces conducteurs se meuvent dans des champs soit de sens alternés soit cT intensité variable.

Considérons, par exemple, une série de pôles magnétiques, de polarités alternées, régulièrement espacés autour d'un cylindre fictif, et, pour la facilité de la représentation, supposonsen le système développé sur un plan, comme dans la figure 4.

Le plus simple mode de couplage en série d'un nombre quelconque de conducteurs [soumis à l'action de ce système inducteur] sera celui représenté sur la figure 4. Pour le sens de rotation correspondant au mouvement de translation en plan indiqué par la flèche supérieure, les sens des forces électromotrices induites, pour les positions instantanées figurées des conducteurs, seront fournis par les pointes de flèches verticales. La disposition ici

représentée peut être désignée sous le nom de montage alterno- ou hétéropolaire ^

Fig. 5.

Montage homopolairc.

Fig. 6.

Supposons maintenant la moitié des pôles (tous les pôles Sud, par exemple) enlevés et replacés juste en face des pôles Nord, comme le montrent les figures 5 et 6; les conducteurs se déplace-

Fig. 7.

Fig. 8.

Autre montage homopolaire.

ront alors dans des champs de sens constant, mais d'intensité variable, le couplage des conducteurs induits étant d'ailleurs maintenu le même que précédemment. Ce montage est dit homopolaire^.

M. La portion gauche II' de la figure 4 représente les positions extrêmes d'une spire correspondant aux flux maxima (traits pointillés) ctminima (trait plein) interceptés par une spire à son passage devant deux pôles consécutifs. La spire pleine suivante a été doublée comme spécimen de bobine. — La môme observation s'applique à la figure 5, mais ici la spire a (pointillée) est dans la position de flux nul. — Dans la figure 7 la position en pointillé est celle de flux maximum dans toutes les spires. [N. d. T.]

2. Nous avons à peine besoin de faire remarquer l'absence de corrélation des

COUPLAGE EN SERIE DE CONIHJCTEUUS INDUITS 9

La figure 7 n'est qu'une variante de ce dernier montage. Ici les pôles Nord et Sud sont décalés les uns par rapport aux autres, et, sans que la disposition en soit changée, les bobines d'armature sont allongées en conséquence, pour être soumises à l'action des deux pôles. Ce dispositif magnétique est rendu plus clair par la coupe de la figure 8, dans laquelle la bobine excitatrice du système inducteur se voit en F.

Le couplage en série des divers conducteurs constitue, comme on le voit sur les figures 4 et 5, des spires ou des bobines, et, au lieu de considérer le mouvement des conducteurs mômes, on peut aussi bien parler de celui des bobines.

Fig. 9.

Armature en anneau.

Fi^. 40.

Armature en tambour.

FiR. 11.

Armature en disque.

Le mouvement de ces spires ou de ces bobines dans le champ est toujours tel que l'intensité du flux magnétique qui pénètre la surface de l'une quelconque d'entre elles varie périodiquement. Une spire ou bobine peut d'ailleurs occuper, par rapport à l'axe de rotation, trois positions différentes principales qui donnent lieu à autant de modes diflérents de construction d'armature connus sous les noms de :

Armature en anneau (fig. 9) ; Armature en tambour (fig. 10) ; Armature en disque (fig. II).

mots « homopolaire » et « liét*5ropolairc » opposés l'un à l'autre. Si « homopolaire » veut bien dire « à pôles semblables », « liétéropolaire » signifie « ù. autres pôles », et nullement «à pôles différents», encore moins a à pôles alternés ». — Malgré leur différence d'origine, nous pi-éférons et préconisons l'emploi plus rationnel des termes <t homopolaire » et « alternopolaire ». [N. d. T.]

Ces ûgures 9, 10 et 11 représentent chacune une spire dans différentes positions ; le sens de la force électromotrice induite y est indiqué pour une rotation dextrorsum, c'est-à-dire dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre.

Pour le sens de la force électromotiîce dans les induits en anneau et en tambour on peut appliquer la règle mnémonique suivante :

Si Ton se place en avant de l'armature, c'est-à-dire face au collecteur, pour un sens de rotation de gauche à droite par en haut (dextrorsum ou sens de rotation des aiguilles d'une, montre), la flèche indiquant le sens de la force électromotrice semble sortir du pôle Sud ; par contre, elle semble pénétrer le pôle Nord. Il suffit de rapprocher les initiales des mots Sort et Sud qui sont identiques, et de se rappeler le mot droit qui caractérise le sens de rotation. — On peut encore rapprocher les lettres /> et n de joéwétrcr et de pôle nord.

Dès qu'une spire passe de la zone d'action d'un pôle à celle du pôle voisin, c'est-à-dire passe par la position n/i^ (fig. 9 à 11), il se produit immédiatement une inversion de sens de la force électromotrice induite. [Ce sont les positions indiquées en pointillé sur les figures 4, 5 et 7]. — Il se développe, en conséquence, dans le conducteur un courant alternatif. Pour devenir de sens constant dans le circuit extérieur, ce courant doit être inversé (ou commué) au moment précis de son changement de sens.

On pourra atteindre ce résultat en reliant les extrémités de la spire considérée à deux coquilles métalliques, isolées l'une de l'autre, sur lesquelles porteront respectivement deux balais A et B (fig. 12). Le balai A reste toujours, comme on voit, en connexion avec l'extrémité du conducteur [ab ou crf) qui se trouve le siège d'une force électromotrice d'un sens déterminé; l'autre balai B est, par contre, en contact permanent avec l'extrémité de celui (les deux conducteurs pour lequel, au même instant, le sens de la force électromotrice est inverse. On obtient ainsi dans le circuit extérieur ACB un courant de sens toujours identique.

Au lieu d'une simple spire ou boucle de fil, on peut concevoir plusieurs spires formant une bobine dont les extrémités soient, comme précédemment, respectivement reliées aux segments col-

COUPLAGE EN SERIE DE CONDUCTEURS INDUITS

lecteurs qui constituent le commutateur^ C'est ainsi que, dans la figure 13, on voit une bobine d'armature formée de deux spires couplées en tension.

Si l'on dédouble maintenant un ensemble de spires en en reliant les deux moitiés en parallèle, comme le montre pour deux spires la figure 14, on réalisera une armature à enroulement fermé sur lui-môme, abcdefa^ dont les milieux a et d sont ^. .«

reliés au collecteur et CommutaUon du coui-ant

formé de deux bobines.

Ce couplage appliqué à un anneau est représenté par la figure 15.

Fig. 13.

Enroulement ouvert.

Fig. 14.

Enroulement fermé.

i. Le terme de « commutateur » est le véritable nom qui conviendrait à cet organe caractéristique des machines à courant continu industrielles. L'appellation de a bagues » étant réservée aux éléments correspondants des alternateurs, celle de n collecteur » devrait appartenir exclusivement aux balais qui seuls, à proprement parier, recueillent le courant dans les unes comm'j dans les autres.

L'emploi des expressions « collecteur » pour le courant continu, de a bagues » ou (f bagues collectrices » pour le courant alternatif, et simplement de « balais » ou « frotteurs » pour l'un et l'autre cas a cependant prévalu, du moins dans les ateliers, et nous sacrifierons à cet usage en nous y conformant à. l'avenir. [N. d. T.]

Les couplages donnés par les figures 12 et 13 sont ceux d'un enroulement ouvert; ceux des figures 14, 15 et 16, ceux d'un e nrou lement fermé.

Les dispositions ci-dessus avec collecteur à deux segments seulement, si elles réalisent un courant de même sens dans le circuit extérieur, ne sont cependant pas aptes à la production d'un courant continu, de tension et d'intensité constantes, en raison de

Fig. 15.

Enroulement en anneau.

rinversion simultanée du courant dans tous les conducteurs. L'intensité oscille ainsi entre zéro et une valeur maxima, comme on le voit sur la figure 17 qui donne l'allure de cette variation périodique.

Pour obtenir un courant continu moins accidenté, il faut recourir à la multiplication des segments collecteurs dont la réunion forme un véritable commutateur, dit collecteur et en môme temps répartir les conducteurs induits en un plus grand nombre de bobines de manière à ce qu'elles se succèdent régulièrement et d'une façon plus rapprochée de la zone neutre à la position d'induction maxima.

Montons en effet deux paires de bobines à angles droits l'une par rapport à l'autre sur l'anneau de for de la figure 16; l'action

COUPLAGE EN SERIE DE CONDUCTEUKS INDUITS

successive de ces bobines sera décalée d'un intervalle correspondant à un quart de tour, comme le montre la figure 18, et Ton obtiendra ainsi un courant dont l'intensité sera, à chaque instant, égale à la somme des ordonnées des courbes I et II. Il en résulte,

Fig. 17.

comme on le voit sur la figure 19, un courant ininterrompu, mais dont l'intensité n'est pas encore constante.

Divisons alors l'enroulement en huit bobines, par exemple, avec un collecteur à huit segments ; l'action relative des bobines sera, à chaque instant, décalée d'un huitième de tour, de l'une à l'autre,

Fig. 18 et 19.

et l'on obtiendra ainsi pour chaque tour huit oscillations dont l'amplitude sera sensiblement la moitié des précédentes.

Le tableau suivant donne, en fonction de la valeur moyenne de rintensité supposée égale à 100, les valeurs relatives des gra ndeurs des oscillations selon le nombre de segments du collecteur :

50MBRX DK 8BGMKNTS DU COLLECTEUR PAR PAIRE DE PÔLES

Oscillations +

It CHAPITRE PREMIER

Un enroulement destiné à la production d'un courant continu doit, en conséquence, comporter un certain nombre de bobines et de segments de collecteur.

Tout ce qui précède s'applique également à V enroulement en tambour de la figure 20. On déduit cet enroulement de celui en

Fig. 20.

Enroulement en tambour.

anneau de la figure 16 en enroulant les bobines! — I', 2 — 2', 3 — 3', 4 — 4' de cette figure 16 suivant les génératrices d'un cylindre, conformément au schéma de la figure 14. Dans les deux cas Tenroulement fermé procède de la manière suivante :

a— 1, 1' — 6— 2, 2' — c— 3, S' — rf — 4, 4' — a.

Le courant se divise, à la prise ( — ), suivant deux circuits qui se réunissent ensuite à la prise (+).

Ce partage du courant entre deux circuits est caractéristique de tout enroulement fermé ; il permet de coupler en tension la moitié, au plus, des barres ou bobines constitutives de l'enroulement.

COUPLAGE EN SÉRIE DE CONDUCTEURS INDUITS K

Dans les figures 16 et 20 le courant, en la condition choisie de Tarmature, se bifurque de la manière suivante :

[d et b étant, en l'état, les points de contact théoriques des balais].

Les bobines successives en tension qui vont du balai -f- ^u balai — constituent une branche de bifurcation d'armature que, par abréviation et lorsqu'il n'y aura pas de confusion possible, nous appellerons simplement, à l'avenir, branche d'armature.

Les enroulements des figures 16 et 20 comportent deux branches d'armature.

Les bobines ou, ce qui revient au même, les lames de collecteur peuvent, dans le cas de machines multipolaires, être reliées les unes aux autres de diverses manières, — d'où la possibilité d'effectuer un grand nombre d'enroulements différents.

Nous ne nous occuperons tout d'abord que des enrouletnents fermée qu'il est possible de comprendre tous sous une seule formule générale de couplage.

Supposons, dans les figures 16 et 20, chaque bobine remplacée par une spire unique, et l'enroulement fendu suivant une génératrice, puis développé sur un plan. Nous aurons ainsi les schémas des figures 21 pour l'enroulement en anneau et 22 pour l'enroulement en tambour.

[Les machines types, figures 16 et 20, étant bipolaires, tout leur système magnétique est représenté, dans les figures 21 à 24, par les deux premiers pôles de gauche seulement, de même que leurs collecteurs ne comportent que les quatre lames de gauche, leur développement complet étant, en somme, compris entre les deux lignes parallèles AB et CD.J Aussi, pour bien montrer comment, dans le développement schématique considéré, les conducteurs d'armature rencontrés par CD se raccordent avec ceux rencontrés par AB, le schéma est prolongé en pointillé au delà de CD et répète seulement la disposition AB CD précédente. [Pour faciliter l'intelligence des figures on a d'ailleurs spécifié dans chacune d'elles

une spire complète en la traçant par un trait fort. — La lettre k (fig. 23 et 24) indique le développement du collecteur, et l'explication des lettres y^y^ et y^ sera donnée au chapitre suivant.]

Lit'

Fig. 21.

Développement d'enroulement en anneau.

L'enroulement en anneau constituant (fig. 21) une hélice * continue prend aussi, pour cette raison, le nom d'enroulement hélicoïdal.

Fig. 22 Développement d'enroulement bouclé ou imbriqué.

L'enroulement en tambour est, au contraire, caractérisé par un

1. Les Allemands et les Anglais disent une a spirale d. Il y a là, entre la spirale, courbe plane, et l'hélice, courbe dans l'espace, une regrettable confusion dont ne s'accommode pas la précision de notre langue et que nous avons rectifiée dans tout le cours de cet ouvrage en substituant partout les expressions ec en hélice » ou a hélicoïdal » à celles de a en spirale » ou « spiral ». [N. d. T.]

COUPLAGE EN SÉRIE DE CONDUCTEURS INDUITS

fn

contour plusieurs fois brisé (fig. 22) qui constitue une sorte de boucle ou d'imbrication.

ou

Fig. 23.

Développement d'enroulement ondulé.

(1*011 son nom d'enroulement en boucle^ ou bouclé^ ou imbriqué.

Fig. 24.

Développement d'autre enroulement ondulé.

Les conducteurs induits de la figure 22 peuvent encore être

couplés en tension d'une autre manière, comme l'indique la

figure 23. L'allure brisée a — 1 — 1' — A ne figure plus alors

une boucle, mais une sorte de vague ou ondulation qui a fait

E. Arnold. — La machine dynamo à courant conUnu. 2

donner à ce genre d'enroulement le nom à'enroulcme^it ondiilr- Si Ton établit par le côté du collecteur, et non plus par l'arriére, les connexions entre les fils 1 — 1', 2 — 2', etc., respectivement, on aboutit au scliéma de la figure 24 qui représente encore un enroulement ondulé.