Q' ^ MO

Fig. 318.

deux enroulements, sont très profondes et il faut donner aux dents une forte saturation pour diminuer le plus possible les dimensions de la machine. Les enroulements compensateurs doivent alors être plus forts et il est pratique de prévoir, pour leur réglage, leur couplage en parallèle avec une résistance supplémentaire.

On peut encore considérer OP, dans la figure 318, comme la résultante de OQ et de OC. Si l'on déplace alors les balais en dehors de la zone neutre du champ H, le vecteur OQ, qui représente le champ d'induit, tournera autour de 0, tandis que le champ de compensation OC restera invariable.

Si l'on déplace les balais de la figure 315 en sens inverse de celui de la rotation, Q se déplace dans le même sens et l'angle HOQ de la figure 318 devient inférieur à un angle droit. La résultante OP de OC et de OQ est alors plus grande, aussi bien que OR, et l'on obtient un ht/percompoundage. Par un décalage des balais en sens contraire, c'est-à-dire dans le sens de la rotation, OR devient plus petit et l'on obtient un hypocompoundage.

Dans les deux cas cependant le champ de commutation subit une grande variation et il y a production d'étincelles. La machine sera, par suite, sensible à un déplacement des balais, mais pourra fonctionner sans étincelles avec un bon calage.

L'enroulement de compensation comporte un plus grand nombre d'ampfcres-tours que Tenroulement d'induit. Ainsi le nombre total d'ampères-tours du champ, c'est-à-dire de ceux des enroulements d'excitation et de compensation, sera égal à 1,5 à 2 fois le nombre d'ampères- tours de Tinduit. Dans les machines modernes ordinaires à courant continu bien proportionnées et à pièces polaires convenablement étudiées, le rapport des ampères-tours inducteurs à ceux de l'induit est, par contre, voisin do l'unité et peut même lui être inférieur.

On peut poser pour le flux 4> par pôle, en charge,

aeh=:

Les conditions magnétiques des dents dépendant de Xin^.., la puissance de l'armature dépend de a^i, pour des conditions déterminées d'utilisation des matériaux. Ce rapport est sensiblement le même, en charge, pour la disposition ordinaire des inducteurs et pour celle de Deri.

En ce qui concerne les pertes de puissance et réchauffement, il semble qu'elles soient plus grandes et que le refroidissement s'effectue moins bien que pour les machines munies d'inducteurs ordinaires.

Au point de vue du coût d'établissement, il est à remarquer que l'inducteur continu exige plus de cuivre et moins de fer, et le bobinage est plus coûteux ; car une machine Deri a, pour ainsi dire, trois enroulements d'induit. Les deux enroulements inducteurs portent notamment des courants complètement différents. Celui en dérivation est ordinairement un enroulement en série (a = 1), tandis que l'enroulement compensateur doit être établi comme un enroulement en séries parallèles ou comme un enroulement imbriqué. Les enroulements ne peuvent donc pas être mélangés l'un avec l'autre ; il faut, au contraire, qu'ils soient séparés

INFLUENCE DES ENROULEMENTS PAR CORDES

et superposés, ce qui exige des rainures très profondes et beaucoup de matière isolante ; les réparations en sont en même temps rendues très difficiles.

Il est ainsi douteux qu'une machine à excitation Deri revienne meilleur , marché qu'une machine ordinaire ; mais elle présente Tavantage d'une excellente compensation. Si l'on donne au champ de commutation OM la valeur e^^ la commutation est en partie

V,. ./^^ri~^^^

Fig. 319.

indépendante de la longueur de Tarmature ; il n'en est cependant pas complètement ainsi, comme le montre la communication cidessus mentionnée de Maurice Leblanc. La force électromotrice de self-induction apparente e, ne peut, en effet, dépasser une certaine limite voisine de 1 volt. La disposition inductrice de Deri est donc indiquée pour les longues armatures comme celles des dynamos directement commandées par turbines à vapeur.

105. Influence des enroulements par cordes sur la commutation et la réaction d'induit. — Parmi les enroulements en tambour à pas raccourci on compte les enroulements par cordes décrits

page 141 et représentés figure 87. La figure 319 est relative à un enroulement de ce genre dont les côtés de bobines sont disposés en deux couches et logés dans des rainures. La largeur do bobine est choisie de telle sorte que, l'un de ses côtés arrivant sous Faction d'un bec polaire, l'autre côté de cette même bobine quitte l'autre bec.

Le caractère propre de cet enroulement ressort encore plus nettement de la comparaison des figures 320 et 321, dans la première

Fig. 320.

Enroulement diamétral.

Fig. 321.

Enroulement par cordes.

desquelles la bobine est enroulée suivant un diamètre, et dans la seconde, suivant une corde. Pour la machine à vide les bobines mises en court circuit occupent respectivement les positions D, D, et S^ S^ ;dans la marche en charge il faut décaler les balais respectivement d'un angle ^d ou % pour amener les bobines dans le champ de commutation. Le décalage est^ comme on le voit clairement sur les figures, plus faible pour Venroulement par cordes. Cependant si le côté S'^ de la bobine ne se trouve pas en dehors du champ de dispersion du bec polaire A, la force électromotrice de commutation n'est proportionnelle qu'à *

et on doit avoir, toutes autres conditions égales d'ailleurs, pour

i. Les indices désignent les forces éluctromotrices induites relatives aux fils désignés par les mêmes lettres.

INFLUENCE DES ENROULEMENTS PAR CORDES 461

rintensité de champ ou la force électromotrice,

S', = D\ + D',+ S', = e„+SV

Les conducteurs situés entre les bobines en court circuit (10-41 et 17-34, fig. 319) et formant une bande de courant normale à NS sont parcourus par des courants alternativement de sens contraires et n'exercent y par suite, ezt/ctin^ réaction démagnétisante ;Vq\' mantation transversale sous les pôles reste toutefois la même. Comme, d'ailleurs, le décalage des balais est faible, l'action démagnétisante totale est peu importante.

On peut arriver, il est vrai, à un petit décalage des balais et à une faible action démagnétisante avec Tenroulement diamétral, à la condition de donner un grand développement à Tare polaire ; mais il en résulte l'inconvénient d'une augmentation de l'aimantation transversale.

Cette propriété de l'enroulement par cordes peut s'étendre aux enroulements multipolaires et aux divers couplages, si Ton y raccourcit le pas de l'enroulement. Dans tous les cas il y a annulation réciproque de la réaction des conducteurs d'induit situés entre ceux mis en court circuit et deux becs polaires de noms différents.

U enroulement d'induit de S. G. Brown (Brevet anglais n** 21972 du 3 octobre 1896) applicable aussi bien aux anneaux qu'aux tambours permet, comparativement aux enroulements ordinaires (fîg. 195), un décalage négatif des balais. Considérons comme point de départ une génératrice (fig. 322) (pour une réceptrice le sens de rotation est inverse), dont la zone neutre est, en charge, décalée d'un angle (+a) dans le sens de la rotation.

Déplaçons maintenant les balais d'un angle ( — a) par rapport à la zone neutre de la machine sans charge ; le courant dans les (ils compris entre op et qr circulera en sens contraire de celui de la figure 196. Dans le cas de celte dernière figure ces fils agissent sur les inducteurs comme démagnétisants, tandis qu'ici c'est le contraire. La bande de courant o p q r rfe farmalure renforce maintenant le magnétisme de finducteur, mais dans les fils situés entre op et qr il est induit une force électromotrice de sens opposé à celui du courant ; on a donc dans ces fils une force contreélectromotrice.

Avec un enroulement ordinaire il serait impossible d'obtenir une captation de courant sans étincelles au moyen d'un calage négatif des balais.

Pour produire avec ce décalage la force électromotrice de commutation nécessaire, Brown emploie une combinaison d'enroulements diamétraux et par cordes que montre la figure 323. Une partie des fils d'un côté de la bobine est déplacée soit en avant

Fig. 322.

Décalage négatif des balais.

soit en arrière, par rapport au sens de rotation, suivant que la machine doit fonctionner en génératrice ou en réceptrice. Ces fils ainsi déplacés en avant ou en arrière parviennent, même avec un décalage négatif des balais, sous les becs polaires d'avant ou d'arrière, de sorte qu'il s'y trouve induite une force électromotrice qui permet la commutation du courant de toute la section en court circuit.

Avec une armature pourvue de cet enroulement les balais peuvent être décalés en arrière dans une génératrice et en avant dans une réceptrice, par rapport à la zone neutre. L'action déma-

INFLUENCE DES ENROULEMENTS PAR CORDES

gnétisaote de Tarmature s'en trouve réduite ; elle peut même se transformer en action magnétisante telle que l'armature renforce le champ inducteur et réalise un compoundage de la machine.

Dans la figure 323 l'armature comporte i2 lames et 12 bobines dont deux seulement sont représentées. L'enroulement réalise les parcours suivants :

l A~-B — C-D — 2 7 — Ai — Bi — Ci — D^ — 8.

Knroulonient Brown pour un sons de rotation.

Chaque bobine comprend deux spires. Pour un plus grand nombre de spires, on les répartirait convenablement entre les deux parties A et C. Si Ton avait, par exemple, quatre spires par bobine, on pourrait en enrouler trois suivant AB et la quatrième suivant la corde BC. Il faut calculer Tangle ABC d'après le rapport du nombre des spires en A et C à la largeur d'ouverture des pôles et d'après le compoundage désiré.

On peut aussi donner une plus grande valeur à l'angle ABC et alors, pour les fils C et C^ en commutation, qui arrivent à se

trouver sous les pôles, il faut disposer dans ceux-ci des rainures qui permettent d'obtenir pour la force électromotrice de commutation une valeur convenable. D'après les indications de l'inventeur cette disposition doit rendre possible un calage fixe des balais.

Si le sens de rotation de Tarmature doit être facultatif ou si la machine doit pouvoir fonctionner soit en génératrice soit en

Fîg. 324.

Enroulement S. G. Brown pour sens de rotation facultatif.

réceptrice, les lils d'un des côtés de bobine sont divisés en trois parties, de telle sorte que chaque bobine possède des iils placés en avant et en arrière. Ce genre d'enroulement est indiqué, pour deux bobines, par la figure 324. Les enroulements procèdent de la manière suivante :

i — A — B — C — D — E — F — 2 7 — Aj — Bi — Cj — Di — El — Fj — 8;

G Gj sont les fils en avance et E Ë^ les fils en retard. 11 est pratiqué dans les pôles des rainures telles que les fils E E^ pour la rotation sinistrorsum et les fils G Gi pour la rotation dextrorsum se trou-

INFLUENCE DES ENROULEMENTS PAR CORDES

vent devant elles et que leur action soit affaiblie au point que les différences des forces électromotrices C — E, C^ — E,, dans le premier cas et E — C, E^ — Cj, dans le second, permettent la commutation.

Les résultats obtenus par S. G. Brown dans les ateliers Crompton et C**" * avec une machine à induit rainé sont graphiquement reproduits sur la figure 325.

La machine en question, de 4,5 kilowatts, possédait une armature dentée à enroulement diamétral ordinaire et 44 bobines de

1S ^ %5 30 ÔS JhO

Fig. 325.

Résultats d'essai d'une machine à. enroulement S. G. Brown.

trois spires, ou six fils, chacune. Les inducteurs étaient excités en dérivation et l'entrefer entre pôle et armature était de 0,25 cm. En génératrice, à 1 140 tours par minute et excitation constante. Fessai en charge a donné la courbe A. La chute de tension, en pleine charge, a atteint 20 volts. Sous charge plus forte la machine a bientôt donné des étincelles et a perdu son excitation pour un décalage des balais encore plus prononcé en avant; une surcharge n'était donc pas possible.

On a alors défait Tenroulement de Tarmature et, tout en conservant la môme section de fil, on Ta de nouveau roulée de 12 bo-

4. Journal of thc Procedings of the Instilutlon of Electrical Engineers, p. 130. t. XXVI : Discussion de la communication de M. Mordey « On Dynamos » (Sur les dynamos).

E. Arnold. — La machine dynamo à courant continu. 30

bines de six spires ou douze fils, dont deux furent reportés en avant, conformément au schéma de la figure 323, de telle sorte que récartement en était un peu inférieur à celui des becs polaires.

Avec la machine en génératrice à 1 doO tours par minute et avec des balais en toile métallique (de cuivre), d'une épaisseur de 3/4 de lame, on a obtenu la courbe D. La chute de potentiel, à pleine charge, atteignait 10 volts, et une faible surcharge était possible. En portant l'épaisseur des balais à 7/8 de celle d'une lame et la vitesse angulaire à 1 200 tours par minute, on a réalisé, courbe B, un compoundage parfait ; la machine fonctionnait sans chute de potentiel et sans étincelles jusqu à 80 p. 100 de surcharge. Avec des balais de l'épaisseur d'une lame, à 1 200 tours par minute, elle a fourni la courbe C présentant un hypercompoundagcde 14 volts il pleine charge. Sous une excitation séparée on a eu la courbe E avec 8 volts d'hypercompoundage.

Avec la machine fonctionnant en réceptrice, tournant, par suite, en sens inverse et garnie de balais couvrant 7/8 d'une lame de collecteur, la vitesse angulaire restait constante, sous différence de potentiel constante aux bornes, quelle que fût la charge.

Ce qui frappe dans ces essais, c'est la grande influence de l'épaisseur des balais qui agit plus d'abord sur leur calage et, par suite, sur la réaction d'induit que dans le cas d'un enroulement ordinaire.

Bien que l'enroulement de S. G. Brown à pas raccourci présente des propriétés remarquables au point de vue de la réaction démagnétisante, il ne s'est cependant pas répandu dans la pratique. La commutation sans étincelles s'obtient plus difficilement avec lui qu'avec les enroulements ordinaires, les côtés individuels des bobines mises en court circuit se trouvant décalés plus avant sous les pièces polaires. Il en résulte que la variation du champ transversal avec la charge influe davantage sur la force électromotrice de commutation, c'est-à-dire que e^ est plus grand et que la selfinduction croît également, de sorte que ^m + ^t est beaucoup plus élevé avec cet enroulement qu'avec les enroulements ordinaires. Aussi faut-il décaler les balais entre la marche à vide et la pleine charge pour ne pas avoir d'étincelles ; le point de

ENROULEMENT SAYEKS 467

calage est d'ailleurs difficile à trouver, par suite de la situation des bobines dans un champ à variation brusque. Quoi qu'il en soit, Brown est arrivé, comme on Ta vu plus haut, à construire des machines ainsi enroulées fonctionnant sans étincelles.

Un élément de bobinage de l'enroulement Brown comporte encore au moins 4 côtés de bobines, c'est-à-dire qu'on a -^^4, alors que dans presque toutes les machines de 50 kilowatts et au delà il faudra faire -=- égal à 2, pour que la commutation s'effectue dans de bonnes conditions. Enfin l'enroulement est d'une construction compliquée et d'un établissement difficile.

De même les enroulements ordinsLires par cordes ne sont pas à recommander, d'aprîîs les considérations développées page 142, pour les grandes vitesses périphériques de l'induit, bien qu'ils donnent lieu à une moindre action démagnétisante et à un plus faible décalage des balais que les enroulements diamétraux.

406. Enroulement Sayers. — Sayers * a résolu d'une façon très originale le problème de la création d'une force électromotrice de commutation. Il est parti de ce principe qu'un décalage négatif des balais permet de rendre l'armature en partie auto-excitatrice, de sorte que la différence de potentiel à ses bornes peut rester constante indépendamment de la charge. La première machine construite par Sayers avec son enroulement spécial était une machine destinée à coujpenser la perte de charge dans un feeder ; elle n'avait primitivement aucun enroulement inducteur.

Pour commuer sans étincelles le courant par décalage négatif des balais, Sayers doit recourir à un enroulement spécial. Les côtés de bobines en court circuit se trouvent notamment dans un champ défavorable qui lui fait conduire les fils de connexion de l'enroulement avec le collecteur à travers le champ de manière qu'il y soit induit une force électromotrice convenable de commutation.

La figure 32G est le schéma développé, dans le plan du papier, d'un enroulement en tambour. Les connexions avec le coUec-

1. Brevets allemands n» 73 H9, du 1" mai 1892 et n« 78 954 du 31 décembre 1893. — Brevets anglais, n« IG o72 du 28 septembre 1891 et n» 10298 du 24 mai 1893. — Journal of Ihe Institution of Electrical Engineers, 1893, n» 107.

teur, telles que ace et bdf, sont incurvées en sens inverse de celui de la rotation et conduites, à faible distance de la bifurcation, parallèlement à Tenroulement ordinaire sur la surface de larmature, et de là seulement, aux lames e et /. Les parties ace et*» bdf sont appelées par Sayers les conducteurs de commutation de l'enroulement.

La zone neutre de la machine en charge devant se trouver en mm\ soit akb la bobine en court circuit; le circuit du courant de commutation fdbkace comprend deux conducteurs de commutation. Celui ce se meut dans un champ de commutation plus intense, et il y est induit une force électromotrice plus grande que dans celui df. tandis que la bobine en commutation se trouve le plus près possible de la zone neutre et se meut dans le champ magnétique le plus faible. Désignons par ^„ Jîj, E^^ les forces électromotrices induites dans les conducteurs c, rfet dans la bobine, et leurs sens parles flèches en traits forts ; on trouve que la force électromotrice de commutation est égale à

Ec — £d — ^â.

Cette force électromotrice tend à inverser le courant de la bobine et à engendrer un courant de sens «A, de sorte que le court circuit peut s'eflectuer sans étincelles, la différence des forces électromotrices ci-dessus étant supposée suffisamment grande et la durée du court circuit suffisamment longue.

Les conducteurs de commutation c et d appartiennent à des bobines voisines et se trouvent, par suite, contigus à la périphérie de l'armature. Par suite la différence E^ — E^ ne serait que très faible pour une armature lisse à grand entrefer d'armature à pôles. Sayers a, dès lors, recours à des armatures dentées avec très faibles entrefers entre armature et pièces polaires. Dans ces conditions l'intensité du champ décroît très rapidement en quittant les arêtes polaires si elles ne sont pas arrondies de façon tout particulièrement soignée et la différence E^ — E^ atteint alors une valeur suffisante.

Un autre avantage de l'enroulement Sayers, qui le différencie de tous les autres, consiste en ce que le bec polaire d'annère (A, tig. 195) induit la force électromotrice de commutation. Comme,

par suite de rainianlation transversale, le bec polaire d' arrière se •trouve renforcé par un accroissement du courant d'induit et que, d'autre part, une plus grande intensité dans l'induit exige une plus grande force électromotrice de commutation, les proportions peuvent être choisies de telle sorte que le calage des balais sans êlincelles reste le même pour toutes les charges de la machine.

J'ig. 326.

Enroulement en tambour de Sayers pour un sens de rotation.

Le faible entrefer d'une dynamo Sayers donne lieu à une aimantation transversale relativement jranrfe rfe r induit. Aussi est- il à craindre que soit le bec polaire d'arrière, soit les dents d'armature situées sous ces becs, soient déjà saturés pour une faible charge de la machine. Un calage fixe des balais avec force électromotrice de commutation constante n'est plus alors possible et Ton est conduit nécessairement soit à refendre les pcvles normalement à la direction de l'aimantation transversale, pour introduire un plus grand entrefer dans le circuit de cette aimantation transversale, soit à aléser les pôles excentriquement pour réduire la torsion du champ.

L'enroulement de la figure 326 présente encore cet inconvénient que Tarmature est assujettie à ne tourner que dans un seul sens. Pour permettre la rotation dans les deux sens, il faut, comme l'indique Sayers, recourber encore une fois de l'autre côté de l'armature les conducteurs c et rf, figure 327, et les conduire le long de l'enroulement ordinaire, de manière à ce que, Aa étant symé-

Fig. 327.

Enroulement en tambour do Sayers pour sens de rotation facultatif.

trique de crfet de c^rf,, on obtienne ainsi une bobine de commutation. Dans la rotation dextrorsum les conducteurs c,rf sont actifs et c„ t/j se trouvent dans la zone neutre ou dans son voisinage. C'est l'inverse pour la marche sinistrorsum.

Pour rendre actifs les conducteurs de commutation on peut recourir à des pôles auxiliaires, également décrits dans le brevet allemand n** 78 954.

A cet effet les becs polaires reçoivent, comme le montre la figure 328 a, une allonge qui sert de pôle auxiliaire, ou bien on y fixe, au moyen de vis, des pôles auxiliaires en tôle spéciaux^

1. Brevets anglais, no 27209 de 1896 et n« 5 177 de 1898, et allemand, n» 109 722,

(fig. 328 6), dont le déplacement permet de modifier l'intensité du champ de commutation.

L'intervalle entre le bec polaire et le pôle auxiliaire doit être su-

Fig. 328.

Pôles auxiliaires de Sayers

périeur à la largeur rfrf, ou ce, d'une bobine de commutation (fig. 327), afin que la force électromotrice du côté d^ ou c^ agisse en sens contraire de la force électromotrice de commutation.

Fig. 329. Fig. 330.

Enroulement en tambour de Sayers.

Les figures 329 et 330 représentent la forme donnée pratiquement à l'enroulement Sayers dans les applications faites par la Allmànna SvenskaElektriska Aktiebolaget^de Vesteràs. Les bobines de commutation sont enroulées sur l'armature en sens contraire symétrique de l'enroulement principal et embrassent également ainsi le même arc polaire. Les pièces polaires sont alésées

excenlriquement et donnent, à pleine charge, sensiblement un champ général homogène. L'accroissement du champ de commutation avec l'augmentation de la charge est à peu près proportionnel à celle-ci. Les machines doivent très bien fonctionner, sans étincelles; le calage des bal^s est constant à partir de 0,1 de la pleine charge ; la différence de potentiel reste constante à toutes charges. L'enroulement représenté est celui d'une machine de 170 kilowatts par 1 700 ampères sous 100 volts à 235 tours par minute, pour laquelle on a d'ailleurs p = 4, a = 4, iV=288,

K= 144, y,= 35, ^2 = 37 et le rapport a = -^ = 0,72.

Les propriétés particulières de l'enroulement Sayers peuvent se résumer brièvement de la manière suivante : les spires démagnétisantes d'une armature ordinaire sont transformées en spires magnétisantes. Cette condition et le faible entrefer permettent de mettre moins de cuivre dans l'inducteur. La charge maxima de la machine n'est limitée que par réchauffement de l'armature. Le calage des balais peut être maintenu constant sous toutes charges. Finalement l'aimantation du système inducteur par les ampèrestours de l'armature croissant avec le courant demandé assure le compoundage de la machine qui, à excitation constante, présente ainsi à ses bornes une différence de potentiel sensiblement constante.

En ce qui concerne la commutation, sans doute les conducteurs de commutation élèvent la self-induction d'une bobine en court circuit; mais, quand le courant augmente dans un de ces conducteurs, il diminue dans l'autre, ce qui aboutit à une compensation partielle des forces électromotrices de self-induction des conducteurs de commutation. L'enroulement Sayers présente en outre l'avantage que la force électromotrice de commutation d'une bobine mise en court circuit croît avec la charge, au lieu de diminuer comme dans les machines ordinaires ; et est ainsi négatif avec cet enroulement et, pour des proportions convenables, la somme en+^t peut devenir pratiquement nulle, et la commutation s'effectuer sans étincelles. Celle-ci se fera cependant dans de moins bonnes conditions quand on aura plus de deux conducteurs de commutation par rainure.

La prédétermination exacte et la réalisation pratique de cet enroulement présentent des difficultés ; de plus on peut donner aux armatures à enroulements ordinaires autant de puissance qu'avec Tenroulement Sayers ; il suffit que leurs dimensions et celles des pièces polaires soient bien calculées. Aussi Tenroulement Sayers a-t-il, en Tétat actuel de la construction des machines à courant continu, perdu une grande partie de son intérêt.