Le couplage en s^rie (enroulement ondulé), avec i

4. Le couplage en séries parallèles de l'Auteur (enroulement ondulé), avec t. = -^ .

L'intensité î„ la différence de potentiel niaxima entre lames de collecteur voisines et le nombre de pôles de la machine sont autant de facteurs qui influent essentiellement sur le choix du couplage.

Le courant i, par voie d'enroulement ne peut, en général, comme on le verra plus loin, dépasser, comme limite, 200 à 250 ampères ; et encore, avec les armatures rainées et pour des tensions supérieures à 120 volts, reste-t-on, de préférence, dans le voisinage de 150 à 200 ampères par voie; d'autre part on ne doit pas, autant que possible, descendre au-dessous de 80 ampères avec les enroulements en barres.

On a pour la tension entre lames voisines de collecteur

en prenant, dans le cas où — est fractionnaire, le nombre entier immédiatement supérieur.

Supposons maintenant une armature à enroulement en barres se mouvant dans un champ magnétique donné avec une vitesse déterminée et établissons l'enroulement avec divers couplages pour une différence de potentiel constante aux bornes, en faisant varier corrélativement le nombre des lames de collecteur, celui des barres et la section de ces dernières; p, ^n,„ restera constant pour tous les couplages et U), deviendra minimum pour a ^ p et maximum pour le couplage en série simple (a = 1).

Considérons d'abord Venroulement imbriqué. — Dans ce cas les bobines d'une branche d'armature sont comprises, pour une armature en anneau, dans un simple pas polaire, et, pour une armature en tambour, dans un double pas polaire. S'il en résulte, par suite de dissymétries magnétiques du champ, de petites différences de potentiel entre balais de même polarité, et, comme conséquence, des intensités inégales dans les diverses voies d'enroulement, la réaction d'armature de la voie la plus fortement

chargée sera aussi la plus forte et le champ magnétique correspondant sera le plus affaihli. Cette réaction indépendante sur les champs magnétiques individuels se résout en une atténuation des dissymétries.

Cet affaiblissement ne suffit cependant pas, avec des dissyméiries plus importantes, à prévenir de forts courants internes d'armature, susceptibles d'échauffer celle-ci, d'augmenter les pertes et de surcharger certains balais jusqu'à la production d'étincelles. Les difficultés sont d'autant plus grandes que le nombre de pôles de la machine est plus élevé. Dans tous les cas une qualité et une conformation bien identiques des pôles et de leurs épanouissements, ainsi qu'un centrage exact de l'armature, sont de la plus haute importance. Un grand entrefer et une saturation élevée des dents atténuent de même les dissymétries magnétiques; aussi rencontre-t-on le plus souvent des machines multipolaires à enti'efer démesurément grand et dépense de cuivre inducteur corrélativement élevée (Voir, par exemple, la machine n* 34 du tableau général, § 75). Il peut, par suite, arriver qu'une machine fonctionne sans étincelles à pleine tension et en donne à des tensions moindres.

Les connexions équipotentielles sont beaucoup plus efficaces et plus économiques qu'un grand entrefer, au point de vue de la dépense de cuivre. Les maisons très expérimentées dans la construction des grandes génératrices à enroulement imbriqué, telles que la Westinghouse Electric andMfg C* et la General Electric C% établissent toujours ces machines avec connexions équipotentielles et entrefer relativement faible. Le rapport de la f. m. m. de l'inducteur à celle de l'induit est la plupart du temps inférieur à 1,3.

Avec des connexions équipotentielles les dissymétries magnétiques peuvent être importantes sans que le bon fonctionnement de la machine en soit affecté. Les courants de compensation ne traversent plus alors les balais ; ils passent comme courants alternatifs à travers les connexions équipotentielles et réduisent les dissymétries. En effet, dans les champs magnétiques faibles le courant de compensation est opposé à la f. é. m. induite (par rapport à laquelle il est déphasé d'une demi-période environ) et renforce le champ, tandis que, dans les champs intenses, il est en phase avec

elle et affaiblit le champ. — Plus la réaction d'armature est grande et plus, de leur côté, sont faibles l'entrefer et la saturation des dents, plus efficace est l'action compensatrice sur les champs magnétiques. Néanmoins, pour maintenir les pertes au minimum, on devra s'attacher à rendre la construction de la machine aussi symétrique que possible, électriquement et magnétiquement, comme si elle ne devait pas comporter de connexions équipotentielles.

L'emploi de ces connexions est particulièrement indiqué pour les machines à partir de quatre et six pôles, en tant qu'utilisation des avantages qu'elles présentent.

Avec l'enroulement imbriqué il n'est pas possible, dans bien des cas et souvent, en particulier, pour un nombre donné de pôles, d'obtenir un courant par branche d'armature approprié à un enroulement en barres. Soit, par exemple, U = 550 volts, / = 600 ampëres, a> = 90 tours par minute; le nombre de pôles le plus convenable sera de 12 environ, ce qui donnerait, pour un couplage en parallèle simple, «, = -^^- = 50 ampères par branche d'armature ou voie d'enroulement.

Le couplage en parallèle multiple à 2inp branches de courant d'armature n'est indiqué que pour des machines de très forte intensité par rapport à leur nombre de pôles, ainsi que pour de faibles différences de potentiel ou de très grandes vitesses linéaires.

Dans la pratique américaine on donne jusqu'ici la préférence à l'enroulement imbriqué, et, pour arriver au courant convenable par branche d'armature, on réduit souvent extraordinairement le nombre des pôles, ce qui conduit à un très grand arc polaire et, par suite, à une machine lourde comme fer. Cette préférence pour l'enroulement imbriqué n'a cependant d'autre raison que l'inexpérience des connexions équipotentielles appliquées aux enroulements ondulés qui, sans elles, exigent une construction plus précise de la machine et un champ magnétique plus puissant, par rapport à la réaction, que les enroulements imbriqués.

La différence de potentiel entre lames de collecteur voisines est minima dans l'enroulement imbriqué ; on peut cependant toujours obtenir pour cette différence de potentiel une valeur admissible avec l'enroulement ondulé, et pour a ^ p on arrive à la valeur minima.

Si l'on passe maintenant au couplage en série (avec a = 1), on

sait que cet enroulement, pour les machines à quatre et six pôles, donne de bons résultats avec un courant de 250 ampères, et môme au delà, par voie d'enroulement. Comme les deux branches de courant d'armature passent devant la totalité des pôles dans des positions relatives identiques par rapport à eux, il ne peut y avoir dissymétrie que si les balais positifs et négatifs mettent en court circuit un nombre inégal de bobines. Le nombre des lames est impair pour les machines à 4 et à 8 pôles; par suite, si, par exemple, la largeur des balais est égale à celle de 2,S lames, il peut arriver que les balais d'une polarité recouvrent trois lames, tandis que ceux de Tautrc polarité en recouvrent quatre simultanément, de sorte qu'il y a, dans une voie d'enroulement, une bobine en court circuit de plus que dans l'autre. Avec un nombre impair de paires de pôles et des balais à 180° cette dissymétrie ne se présente pas parce que les deux séries de balais occupent la môme position par rapport aux lames. La différence de potentiel entre ces deux branches d'armature est périodiquement alternative, puisqu'elles possèdent chacune, à tour de rôle, une bobine de plus que l'autre. La fréquence de cette différence de potentiel est égale à K.-^Q , c'est-à-dire élevée. Le courant interne de compensation ne saurait être intense ni occasionner aucun trouble, en raison de la grande réactance de l'enroulement et de la faible f. é. m. induite au voisinage de la zone neutre.

Néanmoins, dès qu'on augmente le nombre des pôles et des lignes de balais, avec le couplage en série simple, il se présente des difficultés. Il n'y a plus, comme avec l'enroulement imbriqué, aucune connexité dans la répartition du courant entre les balais de même polarité reliés directement les uns avec les autres par les bobines mises en court circuit, et de grandes différences dans les résistances de contact ou de faibles différences de potentiel suffisent pour amener la surcharge de certaines lignes de balais. On ne peut cependant pas perdre de vue que l'enroule^ ment ondulé offre encore un certain avantage dans la libre répartition du courant, en ce que les balais à mauvais contact se trouvent déchargés. — Pour qu'on puisse tirer parti de cet avantage il suffit que la surface de portée de tous les balais soit déterminée un peu largement.

L'augmentation du nombre de pôles conduit d'ailleurs facilement à une valeur trop élevée de la tension maxima entre deux lames

Uk = P . «max.

L'expérience montre qu'on doit être, d'après les bases données, d'autant plus circonspect dans l'emploi du couplage en série que les nombres de pôles et de lignes de balais sont plus grands.

Si ia ou le nombre de pôles est trop élevé, on doit s'abstenir du couplage en série.

Il y a lieu de se demander maintenant si les avantages de ce couplage pourraient être alliés à ceux de l'enroulement imbriqué. C'est possible dans une certaine mesure et môme absolument à l'aide du couplage en séries parallèles de l'Auteur avec connexions équipolentielles (Brevet allemand n** 126 872).

Partant de l'exemple précité avec U = 550 volts, / = 600 ampères, 2p = 12, et prenant a = 2, on a

t'a = —, — =150 ampères,

c'est-à-dire que la section des barres sera quatre fois aussi grande et leur nombre quatre fois plus petit qu'avec l'enroulement imbriqué. L'enroulement est donc ainsi non seulement meilleur mécaniquement, mais encore d'un établissement moins coûteux. Si l'on munit d'ailleurs toutes les lames de connexions équipotentielles, chaque ensemble de deux bobines et de deux connexions figure une boucle fermée, comme pour un enroulement imbriqué à connexions équipotentielles ; tandis que cependant pour l'enroulement imbriqué chaque groupe de p bobines est combiné en un système de compensation, il n'en est ainsi, avec l'enroulement en séries parallèles, que pour chaque groupe de a bobines, ce qui résulte aussi de ce que le couplage en séries parallèles se résout, par le schéma réduit, en un enroulement à 2a pôles. La compensation de la différence de potentiel et la réaction sur les dissymétries magnétiques se produisent, en conséquence, comme pour un enroulement imbriqué à 2a pôles, bien que la compensation s'étende sur la totalité des 2p pôles.

11 n'est toutefois pas nécessaire de relier la totalité des lames

à des connexions équipotentielles ; Texpérience montre qu'il suffit de beaucoup moins de connexions pour obtenir une bonne compensation. Il y a à cet égard une différence essentielle entre les enroulements imbriqué et ondulé.

D'une manière absolument générale, l'enroulement doit être réalisé de façon que, en partant d'une lame quelconque munie d'une connexion équipotentielle et en suivant l'enroulement, on doive parcourir z bobines pour rencontrer une autre lame à connexion équipotentielle. On peut faire z égal à 3, 4, 5, etc. jusqu'à 10 et même davantage, en ayant soin de répartir le plus uniformément possible les connexions entre les lames, ce qui ressort du tableau donné page 86 du premier volume.

Dans l'enroulement imbriqué les z bobines d'armature figurent des imbrications consécutives sous le champ de deux pôles ; pour l'enroulement ondulé, au contraire, elles forment z ondulations consécutives qui s'étendent sur 2z champs magnétiques. En conséquence, dans l'enroulement imbriqué, z bobines qui se trouvent dans le champ le plus intense sont couplées, par les connexions d'équilibre, avec z bobines qui se meuvent dans le champ le plus faible, et il en résulte un fort courant de compensation et une perte importante de puissance correspondante. — Avec l'enroulement ondulé, au contraire, les différences de potentiel et les courants de compensation sont des plus faibles, les z bobines se mouvant dans 2z champs, d'où, pour une compensation complète des différences de potentiel, une dépense de puissance notablement moindre. C'est là un nouvel avantage du couplage en séries parallèles.

On pourrait, par contre, revendiquer au profit de Fenroulement imbriqué que les forts courants d'équilibre compensent, par leur réaction, les champs magnétiques et suppriment l'effort unilatéral magnétique sur Tarmature. Abstraction faite cependant de ce qu'il n'est pas bon d'admettre ainsi de grosses pertes de puissance, l'expérience indique qu'on peut encore obtenir une compensation suffisante, en ce qui concerne l'effort magnétique, avec un enroulement ondulé ; ce n'est qu'une question de valeur de la quantité z.

Finalement nous avons encore à considérer V enroulement en séries parallèles en ce qui concerne la tension L\ = •— e„„ lorsque.

— étant fractionnaire, on doit remplacer sa valeur par le nombre entier immédiatement supérieur.

Il est, comme on le voit, avantageux de rendre -^ aussi petit que possible. De même, au point de vue des connexions équipetentielles, il est bon que — soit petit. On obtient une disposition complètement symétrique des connexions équipotentielles quand

— est un nombre entier et il est également avantageux, en ce qui concerne U)^, de tendre autant que possible vers un nombre entier pour ce rapport ; mais dans chaque cas — doit être un nombre entier.

Relativement k la répartition du courant entre les balais, on

remarquera que chaque groupe de a lames sera réuni par les

connexions équipotentielles et que le nombre des balais de même

nom pourra être égal à p. Sur ces p balais, a sont ainsi reliés les

uns aux autres par les connexions équipotentielles, et, par suite, il

est également avantageux, au point de vue de la répartition du

courant, de faire — faible. Si Ton veut supprimer des balais, il est

indiqué d'écarter ceux qui se trouvent compris dans un pas équi-

potentiel. On a souvent appliqué avec le plus grand succès des

enroulements avec -^^^5.

En étudiant sur le papier Tenroulement en séries parallèles de l'Auteur d'après les considérations ici développées et le munissant de connexions équipotentielles, on peut arriver, pour des arcs polaires non exagérés, à réduire l'entrefer autant que le permettent les conditions mécaniques. On obtiendra ainsi, avec de fortes charges ou f. m. m. périphériques linéaires d'armature * Oi et un calage fixe des balais, un fonctionnement absolument sans étincelles sous toutes charges depuis la marche à vide jusqu'à la surcharge.

L'expérience a montré que, même pour a = p qui permet un enroulement imbriqué, le couplage en séries parallèles est d'un emploi avantageux. C'est ainsi que l'E.-A.-G., anciennement Lahmeyer et C*, le plus expérimenté des constructeurs dans l'application des armatures en séries parallèles, met aussi ce couplage en œuvre pour a ^p. La figure 322 représente une machine

* Voir note, page 302.