CHAPITRE XXX

114. Machines pour éclairage. — 115. Génératrices de traction. — 116. Machines pour applications métallurgiques. — 117. Machines pour charge d'accumulateurs. — 118. Machines compensatrices.

114. Machines pour éclairage. — La condition impos<^e avant tout aux génératrices destinées à l'éclairage est une variation aussi faible que possible de leur différence de potentiel sous les modifications de la charge. On emploie, par suite, à cet effet des machines compound ou en dérivation.

Les machines compound offrent l'avantage de donner une différence de potentiel sensiblement constante à leurs bornes ou, si elles sont surcompoundées, aux points d'alimentation. Elles ne peuvent cependant pas remplir ce rôle avec assez de précision pour dispenser de tout réglage. — Les machines en dérivation se couplent plus facilement en parallèle, comme on Ta vu au chapitre précédent, que les machines compound. Elles ont en outre un rendement un peu plus élevé, sont d'une construction plus simple et plus économique et se pnMent à l'application de batteries d'accumulateurs, ce qui facilite le maintien de la tension constante et permet en même temps de réaliser une charge plus régulière de la machine. Aussi les machines en dérivation sont-elles préférées pour les stations centrales d'éclairage. On les construit pour de faibles chutes de tension et on en règle la différence» de potentiel par des régulateurs de champ manœuvres soit à la main, soit automatiquement.

On est arrivé avec le temps à un type de grandes machines d'éclairage qu'on rencontre presque exclusivement dans toutes les stations centrales modernes à courant continu. Ces machines sont directement montées sur les arbres des machines motrices qui les actionnent. On diminue ainsi l'encombrement deTensemble

654 CHAPITRE TRENTIEME

et on pagne la perte d'énergie résultant d'une transmission. L'armature de la dynamo sert en même temps de volant à la machine motrice, ce qui réduit dans une certaine mesure la masse correspondant à un volant distinct.

Il n'est cependant pas possible, en général, de loger dans l'armature toute la masse nécessaire pour le volant*.

Sans doute la disposition en question présente l'avantage que, par suite de la suppression du volant et, dans bien des cas, d'un palier, l'ensemble de la machine se trouve raccourci dans le sens axial, d'où économie de place, en môme temps que des travaux de fondation ; mais, d'autre part, il ne faut pas oublier que les machines normales à courant continu sont établies en vue de vitesses périphériques de 10 à 20 m/s, tandis que, pour réduire le plus possible la masse des volants, on doit leur donner des vitesses tangentielles de 30 m/s. Si l'on cherche dès lors à loger toute la masse du volant dans l'armature, on est conduit, dans la plupart des cas, à atteindre de trop grandes vitesses d'armature et l'on arrive à des génératrices de diamètre excessif et trop étroites qui deviennent coûteuses parce que, en raison de leurs grandes dimensions, elles exigent plus de matière que les types normaux. La masse de volant nécessaire est, en outre, avec cette disposition, plus grande qu'avec un volant distinct puisqu'on ne peut donner à l'armature les vitesses périphériques ordinaires des volants.

Il est, ainsi qu'on l'a vu, particulièrement important que, sous les variations de charge, les machines d'éclairage ne présentent pas de trop fortes oscillations de différence de potentiel. Dans ce but on construit donc les machines en vue de saturations telles qu'elles travaillent, à tension et charge normales, légèrement au delà du coude de la caractéristique. D'une part on évite ainsi une trop grande dépense d'énergie dans l'excitation et on se réserve une grande marge de réglage, et, d'autre part, l'allure aplatie de la caractéristique au-dessus du coude maintient dans des limites admissibles les oscillations de la tension sous les variations de la charge.

• Voir à co sujet Z. d. V. D. /., 1900, p. 211, F. Collischon, <« Machines- volants à courant continu », et 1901, p. 1531, A. Rothert, « Les machines dynamos doiventelles servir de volants ? »

GENKHATRIGES DE TRACTION 65K

En règle générale les machines sont auto-excitatrices. Alors môme que l'excitation est prise sur les barres collectrices ou omnibus (Voir p. 645), les génératrices peuvent être considérées comme auto-excitatrices, attendu que, en dehors de la faible perte de charge dans les câbles de jonction, la différence de potentiel est la même à ces barres qu'aux bornes des génératrices. La variation de tension admissible, à excitation constante et la charge variant depuis zéro jusqu'à la pleine charge (chute de tension admissible), peut atteindre 10 à 20 p. iOO. Des conditions trop rigoureuses à cet égard ne sont pas pratiques ; elles conduisent à un prix trop élevé pour la machine; il faut alors, en effet, ou en augmenter les dimensions ou choisir une saturation si élevée des inducteurs qu'elle entraîne une grande dépense d'excitation et celle d'une grande quantité de cuivre.

Si la machine doit être excitée par une source de courant indépendante, soit par une batterie d'accumulateurs, elle fonctionne alors comme une machine à excitation séparée, et des dimensions judicieuses permettent d'en réduire la chute de tension à 7 à 10 p. 100. Les principes qui régissent cette chute de tension en excitation séparée et en auto-excitation ont été exposés dans le tome I, pages 476 et 489.

115. Génératrices de traction. — L'exploitation des génératrices pour la traction est caractérisée par de très brusques variations de charge et des surcharges soudaines. On y affecte des machines en dérivation aussi bien que des machines compound.

Les premières comportent l'emploi de batteries dites tampons qui supportent les à-coups dus au démarrage simultané de plusieurs voitures et déchargent ainsi les génératrices. A cet effet on construit des machines à grande chute de tension (allant jusqu'à 20 p. 100), parce que la génératrice participe d'autant moins à la fourniture du courant que sa résistance d'armature comme la réduction de f. é. m. due à la réaction d'induit, est plus élevée. L'emploi des batteries-tampons ménage les génératrices et les machines motrices, en môme temps qu'il régularise autant que possible le fonctionnement général.

On semble pourtant, dans bien des cas, laisser de côté ce point

do vue et s'attacher plutôt à obtenir aux moteurs de traction une tension aussi régulière que possible sous toutes les charges. On y arrive par l'application de génératrices assez fortement surcompoundées pour compenser par une élévation correspondante de la f. é. m. induite la chute de tension déterminée dans la machine et dans les conducteurs par l'augmentation de la charge.

Le surcompoundage doit, en règle générale, être calculé de manière que la différence de potentiel aux bornes de la machine augmente de 50 volts entre la niarclie à vide et la charge maxima. Ce système se recommande particulièrement pour les longs tronçons de voie sur lesquels deux voitures peuvent démarrer simultanément en un point éloigné et pour les petites installations où la dépense d'une batterie-tampon serait hors de proportion avec leur importance. On trouve cependant aussi l'enroulement compound sur de puissantes génératrices de 1 000 kw.

On peut réunir dans une certaine mesure les deux avantages, enroulement compound et batterie-tampon, en employant une génératrice compound et une batterie-tampon avec une machine compound auxiliaire, suivant la disposition indiquée page 668. L'installation est toutefois alors compliquée et plus coûteuse. Il faut donner une très grande masse aux volants des machines de traction, notamment quand on a affaire à des génératrices compound avec lesquelles toutes les oscillations de charge sont supportées par la machine. Ces masses ont, en effet, non seulement à compenser le manque d'uniformité du couple moteur pendant un tour, mais aussi, et surtout, à fournir en partie l'énergie nécessitée par les surcharges brusques et à s'opposer à une trop forte réduction de la vitesse. Le calcul de la masse du volant est, par suite, basé sur la force vive qu'il doit fournir dans les surcharges. Avec des machines sans batteries-tampons et des voies sans grandes pentes on peut admettre, pour entraînement par machines à vapeur,

{F! g) . v« ^ 6000 (0,75 . Pp + 100) »

OÙ {FIg) est la masse du volant, en kg,

V la vitesse linéaire de sa jante, en m/s, Pp la puissance, en poncelets.

* Hùtle, XVII, p. 576.

GENERATRICES DE TRACTION 657

Potfr (ïe's machines soulagées par des batteries-tampons, on peut prendre {^Ig) un peu plus faible, et cela suivant l'importance de la batterie, tandis que, sans batterie ni fortes rampes, on doit prendre des valeurs jusqu'à 50 p. 100 plus élevées.

Au point de vue mécanique, les machines doivent être très robustes et solidement assises, et le mieux pour y arriver est de donner aux armatures un faible diamètre et une grande longueur autant que le permettent les constantes de cette armature (Voir p. 329). Comme l'introduction des masses du volant dans l'armature conduit directement, comme on l'a vu, à un résultat tout à fait opposé, cette dispositionne réalise généralement pas de bonnes dimensions pour les génératrices de traction. Par contre il est indiqué de monter la génératrice au voisinage immédiat du volant et de les relier solidement l'un à l'autre, comme l'indique la figure 318. Cette disposition affaiblit les à-coups sur l'arbre et les organes de commande, en même temps qu'elle réduit la longueur axiale du système.

Les dimensions à donner aux génératrices de traction exigent un soin tout particulier en ce qui concerne leurs qualités électriques. Le premier point à considérer est qu'elles doivent fonctionner, sous toutes charges avec un calage invariable des balais, sans étincelles, puisqu'un décalage automatique de ces balais est impossible dans les conditions de variations brusques de charge auxquelles elles sont soumises. Au même point de vue ces machines doivent d'ailleurs être capables de supporter une forte surcharge. La meilleure manière d'arriver à ce résultat réside dans une forte saturation, une conformation convenable des pièces polaires et l'emploi de connexions équipotentielles. On applique en outre, dans le même but, à ces génératrices de traction des frotteurs en charbon aussi dur que possible présentant une grande résistance de contact. Ce dernier moyen est parfaitement rationnel, étant donné que la dépense d'énergie au contact est proportionnellement plus faible dans les machines à haute tension que dans celles à moindre différence de potentiel.

Le compoundage favorise également la marche sans étincelles des machines ; le champ de commutation y est en effet renforcé quand la charge croît.

E. Aknoi.d. — La machine dynamo à couranl conlinu, l, II. 4â

Pour les plus grandes machines, de îiOO kw et au-dessus, le rendement atteint 93 à 95 p. 100, suivant leur puissance. En admettant un rendement de 94 p. 100, Parshall considère comme normale la répartition suivante des pertes* :

Effet Joule dans Tarmature 2,25 p. 100

Perles dans le fer 2,25 —

Effet Joule dans les inducteurs 0,75 —

Pertes au collecteur 0,75 —

A titre d'exemple des puissances qu'on peut demander à une machine de dimensions correctement établies, nous citerons les valeurs suivantes obtenues par l'Union Elektricitàtsgesellschaft * avec une génératrice de traction de 1 000 kw sous 500 à 525 volts à 90 tours par minute :

Surcharge admissible momentanément .... 100 p. 100

— — pendant deux heures ... 50 — Rendement : à 5/4 et 4/4 de la charge normale . 0,944

Ces chiffres concordent avec ceux d'autres constructeurs.

Il faut veiller tout particulièrement pour les génératrices de traction, dont le pôle négatif est toujours relié aux rails ou à la terre, à leur bonne isolation par rapport au bâti. On doit également préserver le plus possible de tout contact éventuel avec le personnel chargé du service tous les organes reliés au pôle positif. Le conducteur positif relié au fil de trolley doit en outre Otre maintenu aussi éloigné que possible, en tous ses angles ou saillies, du conducteur à la terre, de manière à rendre plus difficile l'atteinte de la machine par la foudre.

Les figures 318, 319, 320 représentent quelques génératrices de traction, dont les particularités de construction ont été données plus haut, p. 246 et suivantes.