MACHINES POUR CHARGE D'ACCUMULATEURS

y être captées. On doit se préoccuper avant tout d'une bonne ventilation, telle qu'elle est réalisée pour la construction des collecteurs des figures 116 à 118. Le fonctionnement à faible vitesse angulaire est d'autant plus avantageux ici que réchauffement par frottement des balais s'en trouve réduit.

Il est particulièrement important d'avoir des balais de dimensions convenables et bien construits, avec connexions et prises de courant soigneusement établies. On ne saurait non plus apporter trop de soin à la confection solide et durable des liaisons entre barres d'armature et lames de collecteur.

Dans bien des cas il est bon de monter avec deux collecteurs les machines ici considérées (Voir t. I, p. 135 et ill). On évite ainsi des collecteurs et des tiges de balais trop longs.

117. Machines pour charge d'accumulateurs. — Quand les génératrices doivent, dans les installations électriques, servir non seulement à alimenter le réseau mais aussi, à certains moments, à charger des batteries d'accumulateurs, il faut pouvoir à cet effet élever leur tension d'environ 30 à 40 p. 100 au-dessus de celle du réseau. L'intensité du courant de charge doit être alors maintenue aussi constante que possible, ce régime étant le plus favorable aux accumulateurs ; il est cependant généralement bien inférieur au courant que doivent fournir normalement les machines en service sur le réseau. En tous cas Tintensité devra, en règle générale, être réduite, eu égard aux machines motrices, de manière à éviter une surcharge résultant de l'élévation de la tension.

Cette augmentation de tension peut, si la machine motrice le permet, être réalisée par un accroissement de la vitesse angulaire des machines, ou, à vitesse angulaire constante, par un renforcement de l'excitation. L'emploi de la première méthode oblige à tenir compte des dimensions des génératrices, l'augmentation de vitesse angulaire déterminant une contrainte mécanique plus grande et la réduction de durée de la commutation rendant plus difficile à réaliser cette commutation sans étincelles. On devra donc vérifier les conditions de la commutation pour la vitesse maxima. A cet égard il est bon de faire croître l'excitation en même temps que la vitesse angulaire ou la tension^

Dans la plupart des cas cependant l'augmentation de la vitesse angulaire n'est pas possible, sauf dans de faibles limites. Il faut donc augmenter aussi l'excitation de la génératrice et celte machine doit avoir des dimensions telles qu'elle puisse, d'une part, fonctionner de façon satisfaisante sur le réseau et, d'autre part, donner l'élévation de tension de 30 à 40 p. 100 nécessaire.

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Pig. 459.

Caractéristique à vide d'une machine servant à la charge d'accumnlatevrs.

Joch und Zakne = Culasse et dénis. Lufl, Anker und Magnete =s Air, armature

Maximale Spannung = Tension m axima. et noyaux inducteun.

Leerlauf-Cfutrakterislik = Caracléristique à vide. Normale Spannung =■ Tension normale.

Ampère-Windungen = A-t.

La caractéristique de la machine doit donc s'élever encore autant que possible au delà du coude où l'on travaille à tension normale ; on arrive d'ailleurs, pour la tension maxima nécessaire à la charge des accumulateurs, à une très grande f. m. m. qui oblige à mettre sur les inducteurs une forte quantité de cuivre augmentant le prix de la machine et mal utilisée ensuite dans le fonctionnement sous tension normale.

Voici comment on réalise cette condition : — On sature peu le fer d'armature et les noyaux inducteurs à tension normale : l'armature, suivant la fréquence, jusqu'à fB. = 10 000 gauss, et les inducteurs à ^«=12 000 environ. Par contre, on sature fortement les dents déjà à tension normale, en admettant 53. = 19 000 à 20000 gauss, et Ton emploie en outre une culasse en fonte que l'on aimante également, à tension normale, au voisinage de

MACHINES POUK CHAllGE D'ACCUMULATEURS 663

65^ = 5 000 à 7000 gauBS. La courbe d'aimantation pour l'air, Tarmature et les noyaux inducteurs seulement présente g alors, à tension normale, une allure encore sensiblement ^

s^rroff zi9 T/oTjorrpvj -gy

^^ Si

droite (fig. 459, Courbe B) ; par contre la courbe magnétique (A) pour la culasse et les dents est déjà utilisée au delà du coude pour la tension normale. Cette dernière courbe s'élève cependant encore assez fortement au delà du coude, parce que la courbe

GG4 CHAFMTKE TRENTIEME

d'induction ne s'incurve pas aussi fortement pour la fonte que pour Tacier coulé (Voir fig. 460) ; de même les dents ne correspondent qu'à une très courte portion des lignes de force et, par suite, l'induction de cette portion peut encore t^tre poussée, sans trop ^ande dépense d'excitation, jusqu'à très forte saturation. La caractéristique à vide C, obtenue par la sommation des abscisses de A et de B, se trouve donc déjà assez incurvée, à tension normale, sous rinfluence de A et peut, d*un autre côté, croître cependant encore assez fortement pour que la tension maxima de charge n'exige pas trop de cuivre inducteur.

Los machines à grande variation d'excitation présentent toutefois l'inconvénient que, dans leur fonctionnement à tension normale, les matériaux n'y sont pas bien utilisés et que, de plus, à cette tension elles donnent une chute de potentiel proportionnellement plus grande puisque la caractéristique ne peut être ici que faiblement incurvée. Ces machines sont donc relativement plus encombrantes et d'un prix plus élevé. Il sera, en général plus avantageux d'approprier les génératrices à la tension normale du réseau et d'en élever la tension, pour la charge des accumulateurs, au moyen de machines auxiliaires ou survoileurs.

118. Machines auxiliaires. — On comprend sous cette dénomination de « machines auxiliaires » celles qu'on introduit en série

dans le circuit principal et qui senent

w/^iiTT , j^ y modifier la tension. Elles ont

r<z)l-HNi- -mh

diverses applications qui obligent, suivant les cas, à en varier le montage et le mode d'excitation.

La plupart du temps ces machines (Z)

servent de survolteurs pour la charge

des accumulateurs. On les intercale

Fig. 461. dans le circuit de charge (fig. 461) où

Machine auxiliaire pour la charge ^jj^g ^^^ ,. p^j^ d'élever la tension

d accumulateurs. *

de charge au fur et à mesure du progrès de celle-ci et en raison de la f. c. é. m. de la batterie. La tension maxima qu'elles ont à fournir atteint 30 à 40 p. 100 de la tension de charge de la batteriei Comme l'intensité de charge des

accumulateurs doit être maintenue aussi constante que possible pendant toute la durée de la cUarge, ces génératrices doivent être étudiées de manière à pouvoir développer, à intensité constante, des tensions variant de zéro à la tension maxima. Comme on le voit sur la figure 461, les machines sont excitées par la batterie, ce qui réalise dans une certaine mesure un réglage

Machine E. Lanlioffer à grand écart de tension.

automatique de la tension, puisque le courant d'excitation croît dans ces conditions, avec l'augmentation de tension de cette batterie. Le circuit d'excitation doit en outre comprendre un rhéostat de réglage établi de manière à réduire fortement l'excitation au début de la charge et à régler, au cours de celle-ci, la différence de potentiel aux bornes de la machine auxiliaire, de façon à maintenir constante l'intensité du courant de charge.

Les proportions de ces machines doivent être étudiées particulièrement en vue de ce que lesdites machines sont appelées à conduire le courant de charge total sous une excitation exceptionnellement faible et qu'il faut, en conséquence, y effectuer avec champ faible la commutation d'une intensité de courant relativement grande ; d'où, pour elles, la nécessité d'une commutation sans étincelles entre la marche en court circuit et la pleine charge. Quant au reste, le calcul, basé sur la tension maxima et l'intensité du courant de charge, ne présente aucune autre particularité.

666 CHAPITRE TRENTIEME

La conBtruction de machines de ce genre a reçu une solution spéciale dans la machine double de Ë. Lanhoiïer que construit la Maison Breguet, de Paris, et représentée par la figure 462. Cette machine est disposée de telle sorte que la réceptrice servant à l'entraînement et la machine auxiliaire qu'elle actionne ont une môme armature A^ A^ et que la tension de cette génératrice est réglée par la rotation de son enroulement dans un second champ magnétique F^ dont l'intensité peut varier dans de très grandes limites. Si l'on veut obtenir une très faible tension, on couple l'inducteur F.^ de manière à lui faire induire une f. é. m. de sens opposé à celle engendrée par F^. Pour des tensions plus élevées, les deux champs sont couplés de manière à ôtre de même signe et l'on renforce F^ de plus en plus.

Cette disposition permet en outre de réaliser la combinaison d'un enroulement moteur et d'un enroulement générateur sur une même armature en même temps qu'une génératrice à tension variable. La réunion des deux enroulements suf une seule armature est avantageuse au point de vue de la commutation. Les courants sont en effet de sens contraires dans la génératrice et dans la réceptrice ; leur action magnétisante transversale est, par suite, également opposée et se compense en majeure partie, ce qui est favorable à une bonne commutation.

Quand F, et F, agissent en opposition, la partie A^de la machine fonctionne en réceptrice ; mais, si F, et F, sont concordants. A, se comporte en génératrice. La machine peut aussi servir actionnée par courroie. Il suffit de n'en pas utiliser l'enroulement récepteur A^ et le collecteur correspondant. L'excitation de F^ est alors maintenue constante; celle de Fj varie seule. Sous cette forme la disposition consistant en un dédoublement de la machine auxi-

- liaire n'a d'avantage, par ses deux flux de

force indépendants, que dans les dimensions Fiff. 463. spéciales qu'ils permettent de lui donner

Forme des pôles de lama- ^u point de vue de la commutation, L'Au-

chine Lanhoffor. * ^ ^

leur conseillerait de munir les pôles du système à champ constant Fj d'épanouissements fournissant un

champ convenable de commutation (flg. 463, ligne pleine), tandis que les pôles F, présenteraient un arc polaire plus court (fig. 463, ligne ponctuée), de sorte que, à la plus basse tension, la commutation ne pût exercer directement aucune influence en sens contraire du champ. On verra plus loin comment cette disposition s'applique également aux moteurs à vitesse variable.

Les machines auxiliaires ont encore une autre application comme survolteurs dans la compensation de la chute de tension sur les lignes de grande longueur. Lorsqu'une station centrale doit desservir, à côté de son voisinage immédiat, certains points plus éloignés» on arriverait, en s'imposant une chute commune de tension dans tous les feeders, à des sections démesurées pour les plus longs conducteurs. On consent, en conséquence, pour ces feeders une chute de tension notablement supérieure et, pour la compenser, on intercale dans les feeders considérés des machines auxiliaires (survolteurs). La tension de ces machines doit ainsi croître proportionnellement au débit, en raison de l'augmentation de la chute de tension. On arrive à ce résultat au moyen de machines en série faiblement saturées, entraînées à vitesse angulaire aussi constante que possible. Si la clmte de tension à compenser est /. Ri {Rf étant la résistance du feeder), -j- doit être constamment égal à /?,. La caractéristique externe de la machine (Voir tome I, p. 485, fig. 340) doit ainsi se rapprocher le plus possible d'une ligne droite inclinée, sur Taxe des abscisses, d'un angle dont la tangente est égale k -j- . Pour calculer la génératrice on admet la chute de tension interne pour le courant maximum ; on en déduit la différence de potentiel maxima aux bornes et on calcule la machine avec des saturations telles que la tension induite obtenue se trouve juste encore au-dessous du coude de la caractéristique à vide. Des formes appropriées des pièces polaires permettent aisément le fonctionnement sans étincelles à toutes charges, puisque le champ de commutation, contrairement au cas des machines précédemment étudiées, correspond bien ici à la charge. Il est, en conséquence, souvent possible d'appliquer à ces machines des balais de cuivre, ce qui en améliore notablement le rendement aux faibles tensions.

Des machines auxiliaires de ce genre ont été aussi utilisées, sur l'initiative de M. G. Kapp * dans les exploitations de traction où elles sont intercalées dans les feeders dits « de retour » (feeders reliés aux points éloignés sur les rails de retour pour en ramener le courant). On obtient ainsi dans les trois circuits en parallèle, rails, terre, câble avec machine auxiliaire, les chutes de tension ic . Rcj ii . Rt et ir . Rr — J^., où £. est la tension induite dans la machine auxiliaire. On peut donner à la dernière expression la forme

E ot considérer [R^ A) comme la résistance apparente dufeeder

de retour. Si alors on calcule la machine de telle sorte que -.'-

reste à peu près constant pour toutes charges et égal à R^^ la

résistance apparente du feeder sera égale à zéro. On relève ainsi

le courant total et on affaiblit les courants vagabonds dans le sol.

Enfin on établit aussi des machines auxiliaires comme machines compound destinées à des objets particuliers, en faisant agir leurs

■<KV(1>-

j— AVWW

< y NrS

Pig. 464.

Machine auxiliaire reliée à une batterie-tampon.

deux enroulements en sens inverses l'un de l'autre. Le figure 464 représente une disposition de ce genre.

La machine auxiliaire Z travaille en connexion avec une batterie-tampon'; elle a pour objet de déterminer la charge et la

' E,T.Z. 1896, p. 43 et 1900, p. 436. • Z. f. E., Vienne, 1897, p. 97.

décharge automatiques de la batterie et de maintenir par là aussi constante que possible la charge de la génératrice G. L'enroulement dérivé NS est relié aux bornes de la batterie, tandis que le courant de ligne parcourt en sens contraire l'enroulement en série HS. Si la consommation de courant est faible dans le réseau, l'enroulement en dérivation est prépondérant et induit une f. é. m. dans le sens de la flèche I; la batterie se charge. Si la demande est grande sur le réseau, c'est l'enroulement en série qui prédomine ; la f. é. m. de la machine auxiliaire est inversée (sens de la flèche II) et la batterie travaille en commun sur le réseau avec la génératrice principale, la machine auxiliaire compensant la chute de tension dans la batterie pour toutes les charges et la tension aux barres omnibus restant alors constante. Les différences qui peuvent résulter de l'état de charge de la batterie sont, au besoin, compensées par le rhéostat R.

Les deux enroulements d'excitation sont calculés de façon que leur action se compense exactement quand le courant de ligne est égal au courant normal de la génératrice et qu'on a d'ailleurs atteint aussi complètement que possible les deux buts visés^ savoir la production de la tension auxiliaire nécessaire à la charge de la batterie et la compensation de la chute de tension interne de cette batterie. En augmentant le nombre des spires de la bobine en série, on peut également obtenir avec cette machine, pour une charge croissante, une élévation de tension dans le circuit dérivé contenant la batterie, de sorte que cette batterie-tampon peut aussi fonctionner en parallèle avec des génératrices surcompoundées.

Les Ateliers d'CErlikon emploient une disposition un peu différente ^ L'enroulement en dérivation de la machine auxiliaire est branché sur les bornes de la génératrice en série et commandé par un régulateur automatique de manière que la tension de la génératrice reste toujours constante. Si la tension baisse à la génératrice, l'excitation en dérivation de la machine auxiliaire se trouve réduite par le régulateur, de sorte que le courant de charge est plus faible et le courant de décharge plus fort, l'excitation en série prenant plus d'importance relative dans le dernier cas. La

Zeitschrifl fUr Elektrùtechnik und Maschinenbau , 1902, p. 301.

génératrice principale se trouve donc déchargée et la diflférence de potentiel à ses bornes remonte. Celle-ci devient-elle trop élevée ? Le phénomène se produit en sens inverse.

M. G.-A. Brown a indiqué une disposition (fig. 465) dans laquelle une sorte de machine auxiliaire compound à bobines en série et en dérivation enroulées en sens contraires est intercalée dans

S/WVWW-

p/wwvwwv

-wwwwvwvv-

Fig. 4Go.

Machine auxiliaire dans le circuit d'excitation d'une génératrice

pour on maintenir la tension constante.

le circuit d'excitation d'une génératrice pour en maintenir la tension constante. L'enroulement en série est parcouru par le courant principal et Tenroulement dérivé est pris aux bornes de l'armature de la génératrice. Si la macliine est très chargée, le champ en série est prépondérant et agit pour rendre la machine auxihaire génératrice ; cette dernière élève alors l'excitation de la machine principale. Avec un courant de ligne faible, c'est, au contraire, l'enroulement dérivé qui l'emporte et induit une f. é. m. de sens opposé qui affaiblit Texcitation; la machine auxiliaire fonctionne alors eu réceptrice.

119. Système à trois fils. — 120. Partage de la tension par accumulateurs et par machines compensatrices. — 121. Machines à deux enroulements d'armature et à deux collecteurs. — 122. Partage de la tension. Système Dolivo- Dobrowolsky. — 123. Machine à trois fils de Dettmar.

119. Système à trois fUs. — Le systî'ine à trois fils imaginé en 1892 par J. Hopkinson a pour but de doubler la tension de distribution tout en conservant la tension d'utilisation des lampes à incandescence courantes. On y arrive en répartissant les foyers

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[If

Fig. 4GG.

Schéma du couplage & trois fils.

en deux sections montées en série Tune par rapport à Tautre, comme le montre la figure 46(), de telle sorte que l'ensemble des brûleurs de chacune de ces moitiés soit relié à tous les brûleurs de l'autre. Le système à trois fils réalise ainsi une combinaison de couplages en parallèle et en série.

Si l'on admet tout d'abord utilisé sur chacune des deux moitiés du réseau (ou des deux « ponts ») un môme nombre de charges égales, on peut toujours grouper deux quelconques d'entre elles prises dans les deux sections et les supposer montées en série l'une sur l'autre indépendamment du reste, de sorte que le courant entre par le fil I, par exemple, et sorte par le fil II ; le conducteur intermédiaire ou fil neutre n'est alors le siège d'aucun courant. Si, au contraire, la charge l'emporte sur l'un des ponts, la difi*érenc(^ des deux courants doit passer par le fil neutre.

La tension absorbée par ce courant différentiel dans la résistance du fil neutre est de sens opposé à celle du pont le plus charg:é et détermine une certaine chute de tension ; elle s'ajoute, au contraire, k celle du pont le moins chargé et en élève la tension.

A ce point de vue il est donc désirable de pouvoir régler indépendamment de l'autre la tension de chacun des deux ponts.

Partage de la tension. — Il existe et on a appliqué toute une série de méthodes de partage de la tension.

Une métiiode absolue dans son mode d'action a été dès le début indiquée par Hopkinson. Elle consiste à employer deux génératrices couplées en série Tune sur l'autre, le fil neutre étant branché entre les deux machines. On peut alors régler la tension de chacune d elles indépendamment de celle de l'autre. Cette méthode a cependant, pour de petites installations, l'inconvénient de substituer à une machine d'une certaine importance deux autres de puissance moitié moindre et d'entraîner ainsi une plus grande dépense de premier établissement, une complication d'installation et une diminution de rendement. Aussi a-t-on cherché à remédier à ces conséquences en demandant à une seule machine le courant des systèmes à trois fils.

Deux moyens se présentent ici pour y arriver : on peut ou construire une génératrice normale pour la tension nécessaire entre les conducteurs extrêmes et diviser cette tension, en dehors de la machine, par des appareils spéciaux, ou diviser la tension dans la machine même.

Le partage de la tension extérieurement à la machine s'effectue à l'aide d'accumulateurs, ou au moyen de machines de compensation. Dans bien des cas on recourt simultanément aux deux procédés.

120. Partage de la tension par accumulateurs et machines compensatrices. — a) Pour partager la tension au moyen d'accumulateurs, il suffit de relier au milieu de la batterie le fil neutre de la machine (Voir fig. 467); le réglage sur chaque pont s'effectue par un réducteur d'accumulateurs. Cette disposition présente l'inconvénient que, si les charges des deux ponts sont inégales.