CHAPITRE
LES REGULATEURS
Régulateurs & main. — Jusqu'en 1844, la lumière produite par Tare voltaïque ne reçut aucune application pratique ; elle constituait jusqu'à ce moment une intéressante expérience répétée dans le cours de physique et pas autre chose, car on ne disposait ni de piles puissantes ni de charbons appropriés. En 1844, Léon Foucault employa la pile Bunsen, qui venait de naître, et remplaça les baguettes de charbon de bois, employées depuis Davy^ par des baguettes prises dans le charbon de cornues à gaz. Il construisit alors une lampe très simple, manœuvrée à la main et put obtenir des épreuves photographiques, en même temps que M. Deleuil faisait des expériences publiques, par le même procédé, sur la place de la Concorde, à Paris.
Il va sans dire que le procédé de réglage à la main est aussi barbare que primitif et il est aujourd'hui presque complètement abandonné.
Réefolateurs & électrodes circulaires. — Il est à remarquer que les premiers appareils réellement automatiques étaient à charbons circulaires; comme aujourd'hui on ne les emploie plus, nous n'en dirons que quelques mots.
Le plus ancien date de 1845 et est dû à Thomas Wright y de Londres, qui eut l'idée de faire jaillir l'arc entre des disques taillés en biseau sur leur circonférence et mis en mouvement par un mécanisme spécial.
En 1849, un physicien français, M. Le Alolt, fit breveter un appareil analogue pouvant fonctionner vingt ou trente heures sans loucher à la lampe.
En 1857, Harrison combina aussi un régulateur automatique à arc voltaïque dans lequel il y avait une seule électrode circulaire placée à la partie inférieure et reliée au pôle négatif de la source électrique; Télectrode positive était constituée par un crayon de charbon fixé à un tube métallique taraudé, dont un mouvement d'horlogerie permettait de produire Tavancement au fur et à mesure de Tusure des charbons (1).
En 1877, M. Rerjnier a repris le problème des lampes à double disque et a réalisé un appareil dans lequel les disques de charbon soat portés par deux systèmes de leviers articulés, isolés Tun de l'autre et mis en mouvement par deux mécanismes d'horlogerie indépendants. L'écartement est réglé par l'action d'un solénoïde et les disques tournent lentement sous l'action des mouvements d'horlogerie pour présenter successivement tous les points de leurs circonférences au foyer lumineux. Les disques de charbon portent de grandes ombres qui en ont fait rejeter l'emploi dans les régulateurs, et aujourd'hui on emploie presque exclusivement les charbons sous forme de baguettes carrées ou rondes.
Classification des régulateurs. — Tous les régulateurs utilisent les variations produites dans le courant pour réagir sur un mécanisme qui approche ou qui éloigne le charbon. , Certains régulateurs ne permettent de placer qu'un seul foyer sur une source électrique donnée, pile ou machine, ce sont les régulateurs monophotes. D'autres permettent d'en placer 2, 4, et jusqu'à quarante sur un seul et même courant, ce sont les régulateurs polyphotes ou régulateurs à division. Nous examinerons successivement ces deux classes.
{{) Voir V Éclairage à l'électricité, de H. Fontaine, 2« édition.
LES RÉGULATEURS
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RÉGULATEURS MONOPHOTES.
Les régulateurs monophotes présentent tous ce caractère commun que le système électro-magnétiqne qui produit le réglage de la distance des charbons est placé sur le même circuit que Tare lui-même. Il se trouve donc traversé par le courant tout entier, ci ce sont les variations de Vintensité de ce courant qui agissent pour rapprocher ou éloigner les charbons, suivant le cas.
Les premiers régulateurs étaient tous établis dans ces conditions; les variations du courant agissaient tantôt sur un solénoïde, comme dans le régulateur d'Archereau, tantôt sur un électro-aimant commandant un mouvement d'horlogerie, comme dans celui de Foucault. Il nous suffira de décrire quelques types pour en faire comprendre le principe et monirer de quelles variétés ce principe est susceptible dans l'application.
Régulateur Archereau. — C'est un des premiers régulateurs qui ait été construit, car il remonte à Tannée 1848. La figure 49 ci-contre perme d'en saisir facilement le principe.
Le charbon positif supérieur est fixe, le charbon négatif inférieur repose sur un cylindre, moitié en fer, moitié en cuivre, placé dans un solénoïde que traverse le courant, il est équilibré par un contre-poids. L'action du solénoïde produit et maintient l'écart entre les deux charbons en overçant une attraction magnétique sur la tige de fer qui termine le charbon négatif, à la condition que les rapports entre la puissance du solénoïde, le poids de la tige et l'intensité du courant soient bien établis.
Fig. 49. — Diagramme de fonctionnement des régulateurs monophotes, réglage par Vintensité du courant. Principe du régulateur Archereau.
Fig. 50. — Régulateur Jaspar.
Le régulateur Archereau est aujourd'hui a))andonné parce que le point lumineux n'est pas fixe dans l'espace et que, d'autre part, il est assez difficile de réglerraclion du solénoïde de manière à ne pas causer la rupture de Tare voltaïque.
Régulateur Jaspar. — Dans cet appareil le rapprochement des charbons tend à se produire par le poids du charbon positif et leur écart par l'action d'un solénoïde, comme dans le système Archereau.
Pour éviter les mouvements brusques et donner au charbon négatif un bon contact, il porte une tige latérale plongeant dans du mercure.
Un contre-poids à action variable permet dérégler l'appareil suivant l'intensité du courant qui le traverse. Un autre contre-poids mobile règle à chaque instant l'action du poids mobile et conserve à l'arc la même longueur pendant toute la durée des crayons.
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L'appareil se compose de deux tiges porte-charbons mobiles A et B (fig. 50). La tige A reliée au pôle positif de la machine est guidée verticalement et est munie à sa partie inférieure d'une portée à laquelle est attachée une corde fixée sur la jante d'une poulie de transmission portant un contre-poids E.
La tige B soutient le charbon négatif, elle est en fer à sa partie inférieure et pénètre dans un solénoïde C. Elle est aussi reliée par une petite corde à une seconde poulie faisant corps avec la première et d'un diamètre moitié moindre, de telle sorte qu'à mesure que la tige A descend, la tige B remonte d'une quantité moitié moindre. A la tige B se trouve relié un piston se mouvant dans un cylindre D rempli de mercure en laissant un petit jeu latéral. Un contre-poids F coulisse sur un levier horizontal qui est attaché à une troisième poulie faisant corps avec les deux premières. On peut éloigner ou rapprocher le contre-poids F à l'aide d'un bouton placé extérieurement.
Au repos, les charbons sont en contact. Au moment où le courant passe, le solénoïde attire le noyau de fer de la tige inférieure et maintient l'écart.
Lorsque l'arc s allonge, le courant s'affaiblit et les charbons sollicités par le poids de la tige A se rapprochent un peu. Le contre-poids F agit en sens opposé de la tige A puisque, par Tenroulement des cordes, il tend à produire l'écart. Le réglage s'obtient donc aisément par le déplacement du poids F sur la tige, le poids F doit être d'autant plus rapproché du point d'attache de la corde que le régulateur doit fonctionner avec des courants plus intenses.
Le piston plongeant dans le mercure donne une grande douceur aux mouvements de réglage et il assure en même temps un excellent contact à la tige négative.
L'action du solénoïde sur la tige du porte-charbon B n'est pas la même à la fin qu'au commencement.
Cette différence d'action est compensée par le petit contrepoids E qu'on règle en l'approchant plus ou moins du centre. Au commencement, le contre-poids E n'a aucune action; à la
fin, son poids s'ajoute à celui du contre-poids F pour contrebalancer Faction du solénoïde qui est alors plus grande.
Dans une autre disposition, le mécanisme est placé au-dessus du point lumineux, au lieu d'être placé au-dessous, mais cela ne change rien au principe et n'apporte à l'appareil que des modifications de détail.
Dans le régulateur à solénoïde de M. Reynier^ analogue en principe à celui d'Archereau, le charbon inférieur est équilibré par un ressort placé sous le fer doux dans le solénoïde et combiné de telle sorte que, sous la poussée de ce ressort, le fer remonte en cheminant de quantités égales à la somme des longueurs de charbon usées, de manière à maintenir constante la longueur de l'arc voltaïque. Moins complet que les régulateurs Duboscq et Serrin, mais aussi beaucoup moins coûteux, ce petit appareil suffit pour la plupart des expériences d'optique.
Régulateurs à ressort moteur. — Dans une autre série d'appareils, au lieu d'appliquer la variation du courant au déplacement direct des charbons, on utilise les mouvements à des déclanchements de mouvements d'horlogerie.
Le premier de ces régulateurs a été imaginé par Foucault, construit et perfectionné ensuite par M. Duboscq qui l'emploie dans ses appareils de projection et pour les effets de lumière électrique, dans l'éclairage des scènes de théâtre. Dans l'appareil primitif, il fallait écarter les charbons à la main pour régler la position des charbons et former l'arc voltaïque. Dans l'appareil perfectionné il y a deux mouvements d'horlogerie distincts, l'un qui sert au rapprochement des charbons et l'autre à leur écartement. Un électro-aimant placé dans le circuit déclanche l'un ou 1 autre de ces mécanismes suivant que le courant est plus ou moms intense. On peut élever ou abaisser le point lumineux pendant la marche, — propriété indispensable pour les projections, — en faisant tourner à la main une des roues dentées d'un barillet de rapprochement ou d'éloignement des charbons. Cet appareil présente l'avantage de pouvoir fonctionner dans
LES RÉGULATEURS
toutes les positions, mais il est assez délicat et a besoin d'être réglé pour chaque application spéciale.
Régulateur de M. Serrin. — Le régulateur que M.Serrin a si bien étudié et perfectionné est celui qui, jusqu'à ce jour, a reçu le plus grand nombre d'applications pratiques , car il répond presque complètement, et d'une façon relativement simple, à tous les besoins d'un appareil de ce genre.
L'appareil de M. Serrin, en effet, laisse le charbon en contact quand le courant ne circule pas ; après les avoir écartés à la distance voulue, lorsque le courant est établi, il les rapproche graduellement sans les laisser arriver de nouveau au contact. Si l'arc est rompu pour une cause quelconque , telle qu'un violent coup de vent ou la rupture d'un charbon, l'appareil les ramène de nouveau au contact, puis les éloigne à la distance nécessaire pour que Tare voltaïque se produise dans les meilleures conditions. Pour réaliser toutes ces conditions, le porle-charbon posi-
Fig. 51.— Régulateur de M. Serrin. Modèle de M. Suisse.
\n LA PHYSIQUE MODERNE.
lif (fig. 51) constitue une crémaillère agissant sur une série d'engrenages à multiplication de vitesses, dont le dernier correspond il une roue portant un certain nombre de longues dents en forme d'étoile. C'est un sysième à poids moteur.
Lorsque le courant ne traverse pas l'appareil et que les charbons sont séparés, le défilement des engrenages a lieu jusqu àce que les deux charbons se touchent. A ce moment, l'électro-aimant devient actif' et, en attirant son armature, fait descendre un parallélogramme articulé auquel il est fixé ; ce parallélogramme embraye la roue à dents, arrête par suite la descente du charbon positif supérieur et fait descendre le charbon négatif inférieur relié à ce parallélogramme. Si l'arc s'allonge, l'intensité du courant s'affaiblit, le parallélogramme remonte sous l'actioa des deux ressorts qui le supportent et produit le déclanchement de la roue étoilée, ce qui permet au charbon supérieur de descendre d'une certaine quantité jusqu'à ce que, l'arc suffisamment raccourci et l'intensité ramenée à sa valeur normale, il y ait un nouvel arrêt et par suite un nouvel état d'équilibre. Si, au contraire, les charbons sont trop rapprochés, l'intensité du courant augmente et le parallélogramme, attiré plus fortement par l'électroaimant, descend davantage et produit un plus grand allongement de l'arc voltaïque. On voit sur la gauche un bouton qui sert à tendre ou à détendre le ressort antagoniste faisant équilibre à l'action de l'électro-aimant.
Dans ce modèle, construit par M. Suisse, le point lumineux se déplace et descend au fur et à mesure de la combustion des charbons. Dans un modèle plus complet, le point lumimeux reste fixe dans l'espace, carie charbon positif descend et le charbon négatif monte en même temps dans un rapport calculé à l'avance et très voisin de 2.
Les régulateurs Serrin sont employés le plus souvent avec les machines Gramme du type d'atelier (page 55). La sensibilité extrême du régulateur Serrin constitue, dans ces conditions, un inconvénient que nous devons signaler. Lorsque les charbons renferment des impuretés il se produit des variations dans la
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puissance de rélectro-aimant, ce qui fait osciller le porte-charbon inférieur. Ces oscillations augmentent ou diminuent Fintensité de Tare Yoltaïque et par suite sa résistance.
Mais, comme le courant produit par les machines dynamoélectriques varie beaucoup avec la résistance du circuit extérieur, — représentée ici par l'arc voltaïque, — il en résulte, par ce fait seul, des variations d'intensité qui multiplient la valeur des oscillations premières et rendent la lumière très instable.
Ici le régulateur Serrin pèche par excès de qualités.
On remarque même, à ce sujet, que si les conducteurs ont une résistance un peu grande, les lampes, tout en fournissant moins de lumière, à cause de Taffaiblissement du courant par la résistance du circuit, fonctionnent cependant avec plus de régula^ rite. Cela tient à ce que les variations de résistance de l'arc, tout en conservant la même valeur absolue, ont une moins grande influence sur la résistance totale du circuit. Avec un bon générateur et des charbons bien purs, ces défauts sont évités. A ce point de vue, le montage Wheatstone (page 48), appliqué aux machines dynamo-électriques, constitue un grand progrès dont les générateurs électriques de M. Gramme seront, nous l'espérons, bientôt munis, car dans les machines ainsi disposées, les varia tiens des éléments électriques avec la résistance du circuit extérieur sont favorables à la régularité du fonctionnement des régulateurs, au lieu de leur être contraires.
Régulateur Siemens et Hefher-Alteneck. — Ce régulateur à poids moteur a été combiné pour fonctionner avec les machines Siemens et Hefner-Alteneck (page 59).
Dans ce régulateur à courant continu, le mouvement d'approche des charbons est produit par le poids du porte-charbon positif, qui sert de moteur. Le mouvement d'écartement, au contraire, se produit par un appareil qui n'est autre chose qu'un petit moteur électrique, dont nous allons examiner maintenant le fonctionnement (fig. 52).
. Les organes principaux du régulateur Siemens sont : les deux porte-charbons A et B, un mouvement d'horlogerie actionné
m LA, PHYSIQUE MODERNE.
par le poids du porte-charbon A el dont le dernier mobile est
une roue à rochet dont la vitesse de rotation est modérée par une roue à aillettes I.
Le courant de la machine arrive par la borne C, traverse un électro-aimant E, dont on n'a représenté qu'un des noyaux, arrive par le corps de la lampe au portecharbon positif A, traver^ie Tare et revient à la machine par le porte-charbon B, placé dans une garniture isolée, el la borne Z reliée au pôle négatif.
Au moment où Ton envoie le courant dans la lampe, les charbons sont en contacl, le courant est très intense; il attire son armature cyHndrique, fixée à un grand levier vertical pivotant autour de Y. Ce levier bascule de droite à gauche autour de Y, et un cliquet Q, fixé à son extrémité , fait tourner la roue I d'une dent en sens inverse du mouvement du charbon, mais à ce momenl il se produit un contact en X :
le courant traverse alors di- Fig. 52. - Régulateur Hefner-Aiteneck rcctemeut la dérivation de
à courants continus. i. -i i r . i .
faible résistance produite par ce contact, et Télectro-aimant devient inerte. Sous Faction du res-
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sort P, réglé .par la vis R, le levier reprend sa position première ; maïs alors le contact en X est rompu, Taimant est actionné de nouveau : il attire son armature, et la roue I tourne de nouveau d'une dent dans le sens favorable à Técartementdes charbons. Il se produit donc ainsi une succession rapide de mouvements, comme dans le trembleur des sonneries électriques, qui ont pour effet d'écarter les charbons très rapidement jusqu'à une distance normale, pour laquelle l'appareil est réglé. Lorsque cette distance est atteinte, le cliquet Q produit l'embrayage et maintient l'écartement. Le levier est alors près du contact X, et si l'appareil est bien réglé, on sent en mettant le doigt en N une sorte de frémissement^ qui est l'indice le plus certain de ce bon réglage. Si l'arc s'allonge, l'armature tend à s'éloigner de E et produit le déclanchement de la roue I, ce qui permet le rapprochement des charbons. On dispose dans cet appareil de trois moyens de réglage :
!• La tension du ressort P ;
2** La distance de l'armature à l'électro-aimant E, distance que Ton règle à l'aide d'une vis K ;
3* Le contact X, réglé une fois pour toutes par le conducteur d'après la course du levier et la longueur des dents du rochet.
Eq pratique, en agissant sur le ressort P, à l'aide de la vis R, on obtient un bon fonctionnement de l'appareil, auquel on pourrait peut-être reprocher une certaine délicatesse dans les organes et le bruit produit par les mouvements du levier.
Quoi qu'il en soit, cet appareil est fréquemment employé en Angleterre et en Allemagne, au même titre que le régulateur Scrrin en France.
Régulateur de M. Carré. — Dans les régulateurs de M. Carré, appliqués plus spécialement aux courants alternatifs, le poids du charbon supérieur sert aussi de moteur comme dans les appareils de M. Serrin, mais l'action du courant s'exerce sur des solénoides dans lesquels pénètrent des tiges de fer doux reliées au mouvement d'écartement des charbons et de déclanchement.
Régulateur Hiram-Maxim. — Le régulateur de M. Maxim est caractérisé par ce fait que les charbons se rapprochent très vite si le courant ne les traverse pas, comme au moment de Tallumage par exemple, et très lentement quand Tare est formé. (Voir ï Éclairage à rélectricite\ de M. Fontaine.) On évite ainsi tout rapprochement brusque des électrodes et Ton obtient une lumière d'une grande fixité.
Ces régulateurs éclairaient les projecteurs placés au-dessus de rentrée principale de l'Exposition d'électricité. Ils conviennent surtout aux puissants foyers.
Régulateur Bflrgin. — Dans cet appareil, Técarlement des charbons se produit par Faction d'un parallélogramme articulé portant le charbon inférieur, et l'arrêt par un petit sabot formant frein sur une poulie de grand diamètre qui vient s'y appuyer pour produire l'embrayage lorsque l'arc a atteint sa longueur normale. Si l'arc s'allonge, l'intensité du courant diminue et rélectro-aimant devenant moins puissant, le frein est desserré et le rapprochement des charbons peut se produire. L'appareil est si sensible que lorsque la machine Gramme qui l'alimente est mise en action par un moteur à gaz à explosion, comme le moteur Otto par exemple, le mouvement de l'armature du régulateur trahit toutes les variations de vitesse, en même temps que l'intensité de la lumière augmente ou diminue.
Dans le régulateur monophote de M. Crompton^ Télectroaimant agit sur deux armatures, une, lourde, qui sert seulement à produire Técart, l'autre, légère, qui agit sur le déclanchement du mouvement d'horlogerie réglant le rapprochement des charbons.
Dans le système de M. Girouard, aujourd'hui abondonné à cause de sa complication, le mécanisme de réglage est commandé par un relai placé à distance.
M. Dornfeldy électricien aux aciéries de M. F. Krupp à Essen. a aussi combiné un régulateur à frein analogue à celui de M. Bûrgin, mais dans lequel la descente du charbon positif est ralentie par un volant à ailettes tournant dans un bain
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de mercure ; le sabot du frein fonctionne à Faide d'un solcnoïde qui sert à la fois à l'embrayage, au débrayage et au recul des charbons.
On voit par ces exemples que le nombre des régulateurs monophotes peut être infini. Il suffit pour en iîivenier un nouveau, de combiner convenablement les aimants, solénoïdes, mouvements d'horlogerie, ressorts, poids moteurs, qui se retrouvent individuellement dans chaque appareil. Sans vouloir dénigrer beaucoup d'autres appareils excellents, on peut dire que le régulateur de M. Serrin et celui de M. Jaspar sont les meilleurs régulateurs monophotes que nous ayons vu fonctionner à l'Exposition d'électricité.
