CHAPITRE XIV MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS

97. Principe fondamental dés moteurs à champ tournant. — Dans le chapitre x, on a déjà exposé le principe du champ tournant de Ferraris, dont le moteur asynchrone est une application. Il convient maintenant de faire une étude plus complète de ce phénomène, afin de faciliter Texplication du fonctionnement de cette catégorie de moteurs.

Soit un moteur bipolaire à courant continu modifié de manière h rendre l'inducteur aussi bien que Tinduit mobiles autour de leur axe. L'inducteur, par l'intermédiaire d'un dispositif particulier, est alimenté par du courant continu ; l'induit a un enroulement constitué par plusieurs spires de grande section fermées en court-circuit sur elles-mêmes ifff- 180).

Dans ces conditions, Tinducteur étant excité et l'induit n'étant parcouru par aucun courant, il ne se produit pas de couple moteur et les deux organes restent fixes. Mais, si on fait tourner l'inducteur avec une certaine vitesse angulaire constante, dans le sens indiqué par la flèche, en lui fournissant de l'énergie mécanique, les spires de l'induit sont alors traversées par un flux variable; sous l'action de ces variations de flux, il se développe dans chacune des spires une force électromotrice et aussi un courant, puisqu'elles ont leur circuit fermé, (les courants, d'après la loi de Lenz, réagissent

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 277

sur le flux qui les a produits et développent, en conséquence, un couple moteur qui met l'induit en mouvement; on réalise ainsi une transformation d'énergie mécanique en énergie mécanique.

Les courants qui se produisent dans les spires ont une très petite intensité tant que l'induit tourne à vide; ils sont suffisants pour développer le couple moteur nécessaire pour vaincre

les résistances dues aux frottements et, puisque dans im moteur le couple est proportionnel au produit obtenu en multipliant la valeur de l'intensité du champ par celle de l'intensite du courant dans les spires de l'induit, si on admet que le premier soit constant quand le couple moleur est faible, l'intçnsité du courant dans l'induit doit ôlre éfçalement faible. Mais, si le moteur doit supporter une charge, obligeant ainsi rinduit à surmonter un couple résistant, il est nécessaire que l'intensité du courant prenne une valeur plus grande, afin que le couple moteur puisse surmonter le couple résistant. 11 iinporle de rechercher à quel phénomène sponlanéj sont dues les variations d'intensité du courant dans l'induit lorsque la charge du moteur vient elle-même à varier.

Dans un moteur h courant continu ordinaire, excité en dérivation et, par conséquent, à champ constant, Tintensité du courant dans l'induit augmente spontanément dès que la charge devient plus grande par suite de la diminution de vitesse que subit Finduit ; dans ces conditions, la force contreélectromotrice baisse et la tension utile appliquée aux balais agit pour augmenter l'intensité du courant.

Dans le moteur considéré ici à inducteur tournant et avec induit ayant des spires fermées en court circuit, le courant développé dans ces spires est dû à la force électromotrice développée par le mouvement relatif de l'un des organes par rapport à Taulre. On sait que l'induit est animé d'une vitesse angulaire qui -se rapproche beaucoup de celle de Tinducteur, mais sans pouvoir l'égaler, parce que, si les vitesses angulaires des deux organes étaient les mêmes, le mouvement relatif n'existerait plus et alors il ne pourrait y avoir développement d'une force électromotrice et, par suite, de couran^t. Le mouvement relatif est produit par la différence qui existe entreles vitesses angulaires de Tinducteur et de l'induit, différence que l'on nomme glissement (Voir §61). La force électromotrice augmente proportionnellement à ce glissement et, par suite, l'intensité du courant dans l'induit augmente également,, mais sans suivre cependant la même loi.

Si la résistance des spires est faible, il suffit d'une force électromotrice de valeur assez petite pour produire un courant intense ; par conséquent, le glissement sera faible (quelques pour cent ou fractions de pour cent de la vitesse angulaire de l'inducteur, jamais plus) ; toutefois il augmentera en même temps que la charge proportionnellement à la diminution de la vitesse.'

Ce type particulier de moteyr à courant continu, que l'on peut très bien qualifier de rnoteiir à champ tonmanl^ réalise, en quelque sorte,, un joint électromagnétique entre la machine motrice et la machine à actionner ; ce genre de moteur peut avantageusement être utilisé dans beaucoup de cas, particulièrement lorsqu'il est important d'éviter de brusques secousses, lors d'une variation subite de charge. La puissance est proportion-

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 2î9

nelle à la charge résistante, puisque, quand Tintensitédu courant augmente dans les spires, Taction répulsive qui se produitenirc l'inducteur et Tinduit augmente et un effort plus considérable est nécessaire pour maintenir constante- la vitesse de l'inducteur. On comprend facilement cette tendance à la répulsion, puisque le mouvement de Tinduit retarde sur celui de l'inducteur.

De ce qui précède, on pourrait conclure que le couple résis^tant peut croître dans n'importe quelles limites, à la condition que les spires aient une section' suffisanlc pour supporter le passage du courant sans subir un échauffement anormal. Mais, en réalité, il n'en est pas ainsi, la scif-induction que présentent les spires imposant une limite à l'augmentation de la charge, c'est-à-dire du couple résistant.

Pour mieux faire comprendre cette action, il suffit de savoir que les courants qui se développent dans les spires sont les mfimes que ceux qui se développeraient si, Tinducteur étant fixe, on faisait tourner l'induit en sens inverse avec une vitesse • angulaire égale au glissement. Ainsi, par exemple, si l'inducteur tourne de gauche à droite à la vitesse angulaire constante de 20 tours par seconde et que, pour une charge déterminée, Tinduit effectue 18 tours par seconde, dans ces conditions le glissement est égal & 2 tours par seconde. Les courants qui se développent alors dans les spires de Tinduit ont la môme intensité que si, l'inducteur étant fixe, on faisait tourner Finduitde droite à gauche avec une vitesse angulaire de 2 tours par seconde. Naturellement les courants ainsi produits sont alternatifs.

Lorsque la self-induction est négligeable, l'intensité reste en concordance de phase avec la force électromotrice et le courant se distribue comme le montre la figure 181 (a). Si, au contraire, la self-induction n'est pas négligeable, l'intensité est décalée en relard par rapport à la force éleclromotrice (g, fig. 181) et elle est d'autant plus décalée (y, p-g* 181) que la self-induction est plus consitlérable ; c'est pour cela que, sous un même pôle, il peut se trouver des conducteurs induits parcourus par des courants de sens contraires. On sait, d'autre part (§ 22), que les effets produits par la self-induction augmentent avec

la fréquence, c'est-à-dire, dans le cas actuel, augmentent avec la vitesse angulaire de Tinduit qui a été admise égaie au glissement.

Dans le moteur à courant continu et à champ tournant dont il est question ici, puisque le glissement augmente en même temps que la charge, les effets de la self-induction des spires doivent aussi augmenter et Tintensité est décalée en retard. Tant que tous les conducteurs, se trouvant soumis à Faction

d un même pôle, sont parcourus par des courants de même sens, le couple moteur prend une valeur qui augmente comme la charge, puisque Tintensité prend des valeurs déplus en plos grandes. Mais, dès que, par suite de la diminution de vitesse angulaire de Tinduit, c'est-à-dire par suite de Taugmentation du glissement, les eflets de la self-induction deviennent plus grands, il peut alors se trouver sous un même pôle des conducteurs parcourus par des courants de sehs inverse à celui qui favorise le mouvement de rotation de Tinduit et le couple moteur se trouve en conséquence affaibli. Dans ces conditions, le couple moteur n est plus en rapport avec le couple résistant ; il diminue constamment et la vitesse décroit rapidement jusqu'à larrôt de l'induit. Ce résultat très important prouve que le moteur à champ tournant a un couple moteur maximum dans certaines conditions de vitesse, couple dont la valeur ne doit jamais être dépassée si Ion veut obtenir un fonctionnement régulier.

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 281

En représentant graphiquement les valeurs du couple moteur par rapport aux diverses vitesses que prend Tinduit suivant sa charge, on obtient la courbe en traits pleins du diagramme [fig, 182). Cette courbe indique, en supposant Tinducleur excité de manière à produire un champ tournant régulier, qu'au moment où rinduitd(?marre, le couple moteur est faible, bien que le glissement soit maximum, parce que le décalage enlre l'intensité et la force éleclromotrice est très

Viiessear^aîte de /"induit: ^ V*

FiG. 182.

grand. L*induit prenant ensuite une vitesse angulaire de plus en plus grande, le couple moteur augmente grâce à la diminution de la self-induction et, bien que le glissement diminue, le couple atteint son maximum pour décroître ensuite, aux plus grandes vitesses, jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur C**, qui est celle correspondant aux résistances passives de l'induit, animé alors d*une vitesse angulaire V". 11 est évident que cette vitesse doit être légèrement inférieure à la vitesse angulaire P du champ inducteur, parce que, si l'induit atteignait la même vitesse, le glissement d'un des organes par rapport k l'autre serait nul et il ne se produirait alors aucun phc^nomène d'induction. Dans ces conditions, il n'y aurait plus production de courant dans les spires et le couple moteur deviendrait nul.

Le fonctionnement régulier du moteur correspond à la partie C'^B de la courbe, parce que tout écart de vitesse dû à une

variation de charge est promptement compensé par une variation en sens opposé du couple moteur. Gela ne se produit pas pour les différentes valeurs de la vitesse comprises entre les points Bet P de la courbe, pour lesquelles une diminution du couple moteur correspond à une diminution de vitesse.

Les effets de la self-induction, toujours nuisibles, le sont particulièrement au moment du démarrage, parce que le couple moteur peut être, de ce fait, tellement faible qu'il ne peut atteindre la valeur nécessaire pour vaincre les seules résistances passives, étant admis que le moteur n*a aucune charge extérieure à vaincre. Pour éviter cet inconvénient, on peut recourir au dispositif qui a été indiqué dans le paragraphe 23 et qui consiste h intercaler dans les spires une résistance purement ohmique, sans rien modifier aux autres conditions. L'augmentation de résistance a certainement un effet nuisible en ce qui concerne l'intensité du courant, mais, par contre, favorable au point de vue du retard causé par la self-induction, retard qui est alors réduit à son minimum. Lors du démarrage, le second de ces effets l'emporte sur le premier et le couple moteur obtenu a une valeur plus grande. Aussi le couple moteur maximum est-il atteint par un glissement plus grand que le précédent; en d'autres termes, la vitesse angulaire diminue avec Taugmentation de charge plus rapidement que dans le premier cas (courbe en pointillé, fig. 182).

On peut augmenter la résistance ohmique de manière à rendre le couple moteur maximum lors du démarrage (courbe tracée en points et traits, fig. 182). Cette propriété est utilisée dans certains cas et l'explication en sera donnée ultérieurement.

Les phénomènes qui viennent d'être exposés relativement au joint électromagnétique, pris comme point de départ de cette étude, permettent d'expliquer facilement ceux qui se produisent dans un véritable moteur dont le champ tournant est obtenu par la combinaison de deux, de trois ou d'un plus grand nombre de courants alternatifs (§ 61), convenablement décalés l'un par rapport à l'autre, et agissant sur un induit

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 283^

constitué par des conducteurs disposés dans des trous ou dans des rainures pratiqués dan» un noyau feuilleté.

Dans ces conditions, Tinducteur est fixe, parce que le champ tourne par Taction des courants. L'on ne se trouve plus alorsen présence d'une transformation d'énergie mécanique en énergie mécanique, mais bien en présence d'une transformation d'énergie électrique en énergie mécanique ; à une augmentation de charge du moteur correspond alors une dépense plus considérable de l'énergie électrique fournie par la ligne à l'inducteur.

98* Moteurs polyphasés à champ tournant ou de^ Ferraris. — On donne le nom de champ Ferraris à tout champtournant produit par des courants alternatifs ; donc un moteur à champ tournant comporte deux organes essentiels, un fixe et un mobile ; il est indifférent que ce soit la partie fixe ou la partie mobile qui reçoive le courant delaligned*alimentation, ou qu^î ce soit celle dans laquelle se produisent des courants induits, s'il est convenu que l'organe fixe s'appelle stato)\ tandis que l'on donne le nom de rotor à l'organe mobile. C'est généralement le stator qui est relié au circuit d'alimentation.

Ces moteurs sont dits asynchrones, par suite de ce fait que le rotor a tendance à atteindre une vitesse angulaire égale à celle du champ tournant, vitesse correspondant au synchronisme, mais qu'il ne peut jamais égaler, restant ainsi non synchrone, d'où le nom qui a été donné à ce type de moteurs. La tendance qu a le rotor à prendre la vitesse de synchronisme est due à ce que tout système, mis en mouvement par un champ magnétique mobile, tend à devenir immobile par rapport à lui.

Les moteurs asynchrones polyphasés sont essentiellement constitués par deux anneaux feuilletés servant de noyaux {fig. 183).

L'un d'eux reçoit l'enroulement dans lequel circulent les courants destinés k produire le champ tournant; l'autre^

284 LA TBCHNICftJB DES GOURANTS ALTERNATIFS

reçoit les conducteurs dans lesquels prennent naissance les courants dus simplement à Tinduction mutuelle.

On adéjàexposé complètement, dans le paragraphe 97, comment se produit le couple moteur et comment varie le glissement. Il reste à examiner maintenant pour quelle raison

Ténergieélectrique absorbée est toujours proportionn<5e h l'énergie mécanique fournie.

A cet effet, il suffit de se reporter à ce qui a été exposé relativement à l 'autorégulation des transformateurs dans le paragraphe 79, puisqu'en réalité le moteur à champ tournant est un véritable transformateur, comportant, comme ce dernier, un circuit primaire, un circuit secondaire et un circuit magnétique, et n'en différant que par ce fait que, dans le transformateur, les deux circuits sont fixes, tandis que dans le moteur polyphasé asynchrone un des circuits est fixe et l'autre est mobile.

Dans le transformateur, les courants induits dans le secondaire par le primaire sont utilisés pour diverses applications en dehors du transformateur même ; dans le moteur à champ tournant les courants induits sont utilisés dans la machine même pour produire de l'énergie mécanique, et cela, en réagissant sur les champs magnétiques qui leur ont donné naissance. Comme conséquence immédiate de l'analogie qui existe entre ces deux appareils, on peut en déduire que Ton doit autant que possible éviter les fuites magnétiques dans ce genre de moteurs, en ayant soin de les construire de manière que le flux produit par un des circuits embrasse aussi complèlemient que possible l'autre circuit; cest pour ce motif qu'il est

Fio. 183.

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 285

important de réduire au minimum Tépaisseur de Tentrefer entre le rotor et le stator.

Si toutes les spires du rotor (supposé pour le moment être l'induit du joint électromagnétique à courant continu) ont leur circuit ouvert, les courants de Foucault dans le noyau feuilleté et les effets de l'hystérésis peuvent être considérés comme négligeables. Si Ton fait passer dans le stator trois courants alternatifs décalés de 1/3 de période, il se développe un champ tournant, mais ces trois courants ne produisent aucun travail, abstraction faite des pertes par effet Joule dans le stator, car ce sont seulement des courants magnétisants décalés en retard de 1/4 de période par rapport à la tension, agissant aux bornes du moteur. En réalité, ce retard est seulement voisin de 90*, parce qu'une partie des courants est énergétique, afin de compenser les diverses pertes.

Si on considère, au contraire, le moteur en fonctionnement normal avec toutes les spires du rotor fermées sur elles-mêmes, alors les courants qui prennent naissance dans les spires produisent un champ magnétique qui réagit sur celui du stator. Ce champ magnétique, dû au rotor, tourne dans Tespace plus vite que lui, car il a la même vitesse angulaire que le champ produit par le stator et suit la même direction; mais il est plus ou moins décalé suivant la charge et cela quelle que soit la vitesse du rotor.

Ce fait, h première vue paradoxal, s'explique facilement par l'observation faite précédemment que les courants dans le rotor sont de même nature que ceux qui se produiraient si le champ magnétique principal était fixe et que Ton fasse tourner le rotor en sens inverse avec une vitesse angulaire égale à la valeur du glissement. Dans ces conditions, la distribution des courants dans l'espace reste fixe, c'est-à-dire que, lorsqu'une spire, dans son mouvement de rotation, prend la place de la spire qui la précède, le courant qui la parcourt est le même que celui qui parcourait la spire dont elle a pris la place. Alors, autour du rotor, les courants ne se modifient pas au point de vue magnétique et le champ résultant qu'ils produisent

reste fixe dans l'espace comme le champ principal ; ce champ résultant est seulement plus ou moins décalé par rapport au <!hamp principal, comme du reste cela se produit dans un moteur à courant continu.

Dans le moteur 'à champ tournant, le champ magnétique du stator tourne, celui du rotor tourne également, mais reste fixe par rapport au premier, puisqu'il se déplace avec la même vitesse. Le champ magnétique développé par le rotor réagit sur celui du stator et il se produit un champ résultant et, de môme que dans les transformateurs (§ 79), ce champ résultant reste presque constant, quelle que soit la charge. Lorsque Tintensité des courants développés dans le rotor croit par «uite d'un plus grand glissement dû à une augmentation de la charge, le champ qu'ils développent augmente d'intensité; -celui du stator doit aussi prendre proportionnellement une intensité plus grande, afin que le champ résultant reste constant, résultat qui ne s'obtient que par une plus grande intensité du. courant alimentant le moteur. En résumé, c'est toujours par une baisse de la force électromotrice induite par les variations du flux dans le stator que l'intensité <lu courant croît dans ce dernier; cette baisse est due à la présence du circuit secondaire (rotor) sur lequel agit par induction mutuelle le circuit primaire (stator) (§ 22).

Donc, le moteur à champ tournant constitue un véritable transformateur. Les causes qui produisent l'augmentation de l'intensité du courant dans le circuit secondaire ou rotor sont •différentes pour les deux appareils : glissement plus grand pour le moteur, impédance plus faible du circuit primaire pour le transformateur; mais, essentiellement, le phénomène du transport de l'énergie d'un circuit à un autre se produit d'une manière identique et le mécanisme de Tautorégulation, si on peut s'exprimer ainsi, est aussi le même.

Le facteur de puissance du circuit du stator, dépendant du décalage en retard des intensités sur les tensions, est très faible lors du fonctionnement à vide, augmente graduellement avec la charge et peut atteindre une valeur

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 287

4'environ 0,90 à pleine charge pour les moteurs bien construits.

99. Insertion de résistances dans le rotor. — On a vu, dans le paragraphe 97, que, pour obtenir un couple moteur énergique au moment du démarrage, il était utile de donner aux spires du circuit induit une résistance ohmique suffisante pour combattre les effets nuisibles de la self-induction. Toutefois, dans la plupart des cas qui se présentent dans la pratique, il est nécessaire que le couple moteur maximum s'obtienne pour une vitesse atteignant presque celle du fonctionnement à vide, afin que, pour les limites extrêmes des variations de charge, le nombre de tours ne varie pas plus de 3 à 6 0/0; dans ces conditions, pour arriver à ce résultat, il faut donner au circuit induit une résistance assez faible.

Afin de concilier ces deux exigences, les moteurs industriels d*une certaine puissance ont un rotor constitué de manière que, au moment du démarrage, on puisse intercaler dans le circuit les résistances nécessaires que Ton supprime ensuite graduellement à mesure que la vitesse angulaire s'accroît et que Ton supprime totalement au moment où la vitesse maximum est atteinte.

A ce point de vue, le moteur à courant continu est certainement supérieur au moteur à champ tournant (en limitant la comparaison à un moteur à champ tournant dans lequel la tension du courant d'alimentation est maintenue constante), parce que, dans le moteur à courant continu, on peut donner au couple, lors du démarrage, une valeur aussi grande que Ton veut, en augmentant simplement la valeur de l'intensité du courant dans Tinduit; il n'y a d'autre limite à cette augmentation d'intensité /que celle qui est imposée par réchauffement; Ton peut ainsi, sans inconvénient, tripler et même quadrupler le couple moteur normal. Dans les moteurs à champ tournant, en ce qui concerne le démarrage, les effets de la selfinduction sont d'autant plus accentués que le moteur est plus puissant; c'est pourquoi, tandis que, dans les petits moteurs

jusqu'à 2 OU 3 chevaux, on peut supprimer les résistances en mettant l'enroulement du rotor en court circuit et en démarrant à vide, dans les moteurs plus puissants, mî^me en démarrant à vide, remploi de résistances est indispensable, parce que le couple moteur, lors du démarrage, peut être tellement faible qu'il ne peut môme pas être supérieur au couple résistance dû aux simples frottements. De plus, en procédant au démarrage d'un moteur puissant sans utiliser des résistances, il se produirait dans le rotor, par suite de la grandeur du glissement, des courants de très grande intensité qui exigeraient que le stator reçoive de la ligne des courants ayant une intensité au moins double ou triple de l'intensité normale. Cette augmentation d'intensité du courant d'alimentation ne pourrait se produire sans abaisser, d'une façon notable, l^ tension sur la ligne, inconvénient très grand si le même réseau alimente un service d'éclairage.

Par contre, le moteur à champ tournant, qui, comme le moteur à courant continu en dérivation, possède la propriété d'avoir une vitesse presque constante, quelle que soit la charge, présente sur le moteur à courant continu l'avantage de ne pas nécessiter de collecteur, organe toujours délicat et exigeant, dans certains cas, principalement lorsqu'il se produit de fortes étincelles, des réparations très onéreuses.

Comme les deux circuits d'un moteur à champ tournant ne dépendent l'un de l'autre qu'au point de vue magnétique, il est possible d'alimenter un des circuits par le courant d'une ligne à haute tension sans qu'il en résulte aucun danger pour celui qui est chargé de la surveillance, si ce circuit est celui du stator, dans lequel on n'a jamais de résistances à intorcaler. Cette propriété est précieuse et peut contribuer notamment à la solution du très intéressant problème de la traction électrique appliquée aux grandes lignes de chemins de fer.

Les moteurs à champ tournant exigent qu'un soin tout particulier soit apporté à l'entretien des coussinets et des paliers, car, pour que ces moteurs aient un bon rendement, il est indis-

MOTEURS ASYNGHHONES POLYPHASÉS 289

pensable de réduire Tenlrefer au minimum que permet le fonctionnement mécanique (Voir § 97) et une usure de 1 mm seulement dans les coussinets peut causer un décentrage suffisant pour que le rolor frotte contre le stator, d<5faut dont on comprend toute Timportance et la gravité.

100 • Constitution des moteurs polyphasés à champ tournant. — Les moteurs industriels à champ Ferraris [fig, 18 i) sontformésde deux anneaux concentriques, chacun d'eux étant

FiG. 184.

constitué par des paquets de tôles minces isolées entre, elles par du papier ou du vernis. Ces rondelles sont d'une seule pièce dans les petits moteurs et formées de plusieurs segmenls dans les moteurs de grandes dimensions, afin d'éviter les pertes inutiles de matière.

La partie mobile ou rotor est concentrique au stator et se trouve à l'intérieur. Entre les deux organes, on laisse un entrefer très petit de 0,8 à 1,5 mm, ce qui exige une grande précision de construction, les supports devant être soigneusement ajustés; de plus, les coussinets doivent être en métal très dur afin de réduire leur usure au minimum.

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 291

La figure 185 représente le stator et le rolor d'un moteur asynchrone Siemens et Halskc.

101. Stator. — On a vu, dans le paragraphe 62, que, si un champ tournant parfait se produit ù travers des masses de fer séparées par un entrefer, le flux, dans cet entrefer, se distribue pratiquement d'une manière sinusoïdale. Pour obtenir ce résultat, il faudrait avoir recours à une grande quantité de courants polyphasés, de phases voisines, alimentant dans chaque champ une série de fils placés près de l'entrefer.

En pratique, les courants alternatifs sont au nombre de deux ou de trois et, dans certains cas, peuvent ôtre au nombre de six (montage en triangle étoile) lorsqu'un courant, après avoir parcouru un enroulement ouvert, se dédouble de manière que les g deux modes de groupement se trouvent W combinés [fiff. 186). Les six courants ^y^ ainsi obtenus sont décalés, Tun par rap- ^^ "^ porta l'autre, de60^ Mais, comme dans j^i$!*^^^^^^55fe le montage en triangle (enroulement fermé) l'intensité est v^3 fois plus

faible que dans le montage en éloile (enroulement ouvert), il est nécessaire de compenser cette différence d'intensité du champ produit par un plus grand nombre de spires, car cette intensité dépend, comme on le sait, du nombre d'ampèreslours.

Le nombre de courants étant ainsi limité, on arrive assez bien à modifier le champ de manière à le rendre presque sinusoïdal dans l'entrefer, en subdivisant chaque faisceau de conducteurs actifs en plusieurs petits groupes, chacun d'eux étant logé, dans un des trous ou des rainures pratiqués sur la périphérie intérieure du noyau annulaire. On arrive ainsi à obtenir que le flux tournant rencontre partout une réluctance presque constante.

La figure 187 représente un stalor de moteur asynchrone triphasé dont chaque faisceau de conducteurs actifs est réparti dans trois trous.

Les moteurs à champ tournant sont tous multipolaires (§ 62); s'il en était autrement, à cause des fréquences usuelles, on

FiG. 187.

obtiendrait des vitesses angulaires excessives. I/enroulement inducteur est, à cause de cela, établi de manière à constituer deux ou plusieurs champs tournants. La vitesse angulaire du rotor est naturellement réduite en proportion, parce que chaque champ tournant parcourt Tare de cercle occupé par la partie de l'enroulement qui lui est affectée en un temps correspondant à une période.

Les rainures pratiquées sur la périphérie intérieure du slator peuvent ôtre circulaires, rectangulaires ou ovales (comme dans

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 293

les induits d'alternateurs) et sont généralement à demi fermées, au lieu de Têtre complètement, pour éviter que le flux ne vienne h se fermer directement par la périphérie des trous (§ 69). Certains constructeurs, enlre autres la Compagnie Westinghouse, logent les conducteurs du stator dans des rainures rectangulaires, ce qui leur permet de construire les bobines sur gabarit avant de les mettre en place et de leur donner un meilleur isolement; toutefois, ce mode de construction, toutes choses égales d'ailleurs, diminue notablement la section utile pour le passage du flux. D'un autre côté, il permet de remplacer facilement une section défectueuse, ce qui est un avajitage principalement pour les moteurs destinés à la traction ; dans ce cas, on peut employer Tenroulement en anneau {/if/. 188), qui est, incontestablement, celui qui se prête le mieux aux réparations.

Fia. 188. Fio. 189.

L'enroulement peut aussi être constitué par des barres toutes les fois que la tension du réseau d'alimentation est assez basse et le moteur très puissant. Les connexions entre les diverses sections, que l'enroulement soit constitué par des spires ou par des barres, sont faites comme dans les enroulements en tambour, sauf en ce qui concerne le cas, cité plus haut, de l'enroulement en anneau. A cet effet, les conducteurs sont reliés entre eux, sur les côtés du noyau annulaire du stator, soit par l'intermédiaire d'arcs de cercle, soit par l'intermédiaire de développantes {fig. 189), mais disposés de façon que chaque enroulement particulier reste parfaitement isolé des autres.

Le stator comporte autant de circuits que de phases et ces circuits sont groupés entre eux en étoile ou en triangle.

Toutefois, il est toujours possible, k Taide d'un commutateur, de passer d'un système de groupement à l^autre ; on peut alprs faire varier le nombre des ampères-tours dans le rapport de 1 à V3 = 1,73, pour chacun des circuits, ce qui peut présenter des avantages pour obtenir un couple moteur plus énergique dans certaines conditions, pour le démarrage par exemple.

Fiu. 190.

Il est inutile de donner-ici de plus amples détails sur la construction du stator ; il suffit d'ajouter que les paqueU d'anneaux de tôle sont maintenus, sur chaque face, par un anneau plus épais; l'ensemble est enfermé dans une carcasse en fonte en deux pièces, dont l'intérieur est puni de joues qui maintiennent le noyau. Les deux pièces de la carcasse sont assemblées et maintenues par des boulons. Dans les petits moteurs, la carcasse en fonte porte, venus de fonte, les paliers destinés à recevoir l'arbre du rotor. Cette carcasse est percée de larges ouvertures destinées à faciliter la ventilation nécessaire pour dissiper la chaleur produite par l'hystérésis, les courants de Foucault et l'effet Joule. Dans certains cas, afin de faciliter h refroidissement et aussi pour consolider la carcasse du stator> cette dernière porte extérieurement des nervures {fig. 190).

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 295

Il est rare que le cas se présente d'avoir à modifier les circuits du stator. Il est donc possible de relier ce dernier directement à la ligne, sans avoir recours à Tintermédiaire de balais et de bagues de prise de courant ; dans ces conditions, la tension du courant alimentant le moteur peut être aussi élevée que Ton veut et il n'y a aucun inconvénient à relier directement un moteur à champ tournant à une canalisation à haute tension, sans passer par l'intermédiaire d'un transformateur. Cette propriété constitue, en dehors des autres, un avantage appréciable pour les moteurs polyphasés asynchrones, propriété qu'ils partagentdu reste avec les moteurs synchrones. Il existe en fonctionnement des moteurs polyphasés asynchronesde puissance moyenne, 50 chevaux par exemple, qui sont alimentés directement par une canalisation à 3000 volts et même plus.

102. Botor. — On sait qu'un cylindre creux en cuivre, placé dans un champ tournant, se met à tourner sous Faction des courants parasites qui se développent en lui (§ 100). Le infeme résultat peut être ob- p^^ i9^

tenu en faisant tourner autour

de ce cylindre un aimant permanent, comme le montre la figure 191, dans laquelle est représenté seulement un des pôles (Nord). Les courants induits dans le cylindre développent constamment un pôle Sud sur sa surface et, en vertu de l'attraction produite entre ces deux pôles de noms contraires, le cylindre a tendance à suivre le pôle de l'aimant dans son mouvement.

Il est facile de voir que Ton obtiendra un meilleur résultat en obligeant le courant à suivre un parcours bien déterminé, vertical et horizontal, en pratiquant dans le cylindre de cuivre

des ouvertures verticales {fig, 192), c'est-à-dire en réalisant une série de conducteurs longitudinaux reliés, à chacune de leurs extrémités, par un anneau métallique. Si on place un rotor ainsi constitué sur un noyau de fer, on améliore considérablement les conditions du circuit magnélique, puisque, avec un môme nombre d'ampères-tours dans le stator, le champ tournant dans Tontrefer est rendu beaucoup plus intense. Le champ intense ainsi obtenu donne non seulement naissance à des courants induits de plus grande intensité, mais permet encore de développer un couple moteur plus énergique.

Un simple cylindre massif de fer pourrait aussi servir de rotor, étant donné la basse fréquence des courants induits qui s y développent; maislaconductance relativement faible du fer limiterait dans une large mesure l'intensité des courants induits. C'est pourquoi il est préférable de prendre un noyau de fer feuilleté, convenant beaucoup mieux qu'un noyau massif au point de vue magnétique, et de développer les courants induits dans dts conducteurs en cuivre qui doivent être soigneusement isolés du noyau.

Il est facile de voir que Ton peut encore perfectionner ce dispositif en obligeant les courants induits par un pôle à fermer leurs circuits par des trajets également utiles au point de vue mécanique. Ainsi, dans un moteur à champ tournant unique, le courant induit par un pôle dans une partie delà spire placée sous Faction du flux qu'il développe, passe également dans le conducteur qui lui est relié pour compléter la spire, conducteur placé à 180** du premier (comme dans un moteur bipolaire à courant continu avec enroulement en tambour) et qui se trouve alors soumis au flux du pôle de nom contraire; dans ces conditions, les deux conducteurs longitudinaux de la spire contribuent à développer le couple

Fig. 192.

MOTEURS ASYNCHRONES POI.YPHA.Sl'.S 297

moteur. Si le moteur comporte quatre pôles, lare sous-tendu par les spires est de 90° el, s'il en comporlc six, cet arc est de 60* et ainsi de. suite.

Ce mode de construction de Tenroulemcnt avec spires présente aussi l'avantage de permettre l'insertion convenable de résistance dans le circuit, ce qui, comme on le verra, est quelquefois absolument indispensable.

Ces deux modes de construction sont appliqués dans les rotors des moteurs à champ tournant, car ces rotors peuvent ôtre constitués, soit avec des conducteurs dont les extrémités sont toutes reliées ensemble d'un côté et de l'autre à l'aide de deux anneaux de cuivre de grande section, et on réalise alors le type dit en cage décureuil ou en court circuit, soit avec des conducteurs ou spires convenablement reliés entre eux, et l'on a alors le type dit à enroulement.

Dans un cas comme dans Tautre, les conducteurs ou les groupes de conducteurs sont logés dans des trous pratiqués sur le pourtour de la périphérie du noyau du rotor {/i(f, 193) ; mais on évite que le nombre de trous du rotor soit égal à celui des trous du stator ; il faut, au contraire, calculer ces deux nombres pour qu'ils n'admettent jamais un diviseur commun. Cette précaution est indispensable afin d'éviter que, par suite d'une parfaite symétrie des deux enroulements, la tendance à se mettre en

mouvement soit trop faible ou nulle, au moment du démarrage, car alors le moteur fonctionnerait comme un simple transformateur statique, (irâce à la dissymélrie des courants, on développe, dès le début du démarrage, un couple moteur énergique.

Le type à cage d'écureuil ne nécessite pas d'explications particulières ; il est couramment employé pour les moteurs de

Fin. 193.

faible puissance et, dans quelques cas, pour des moteurs puissants, à cause de sa solidité mécanique et de l'absence complète de bagues de contact et de balais.

On voit, dans le bas et à gauche de la figure 194, l'aspect extérieur d'un rotor de ce type.

On peut démontrer, en ce qui concerne le rendement, que les deux types sont équivalents ; mais, lorsqu'il est nécessaire de

Fio. 19i.

pouvoir intercaler des résistances dans le circuit du rotor, le type à enroulement est alors le seul que Ton puisse utiliser.

Les modes de groupement des spires ou de groupes de spires peuvent être très divers, mais Tenroulement en tambour est celui qui est habituellement employé. Ordinairement, le rotor est enroulé d'après le môme système que le stator; si le stator comporte un enroulement triphasé, le rotor est également à enroulement triphasé.

La figure 195 montre le circuit d'une phase de rotor pour moteur à champ tournant à 6 pôles (3 champs polaires); les conducteurs 2, 5, 8..., etc., 3, 6, 9..., etc., ne sont pas représentés sur la figure et appartiennent aux deux autres phases qui

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 299

s'intercalent entre les premières. Par conséquent, il y a au total 18 conducteurs actifs, où bien 18 faisceaux de conducteurs et, dans ce dernier cas, chaque faisceau peut occuper deux ou trois trous.

Dans le cas où Tenroulement est constitué par des spires, celles qui sont numérotées dans la figure 195 sont les conducteurs terminaux ; mais, entre les conducteurs 7 et 10, par

Px

Fio. 195.

exemple, on peut enrouler un grand nombre de spires avant dépasser h l'élément 13-16. Il en estde môme pour ce qui concerne les autres groupes (V'oir /iy, 134).

Les trois extrémités finales 16-17-18 des circuits sont reliées ensemble en un point sur le rotor; les trois extrémitésinitiales 1-2-3 sont reliées respectivement à trois bagues métalliques fixées sur l'arbre, isolées entre elles et de Tarbre, et sur chacune desquelles appuie un balai {/ig. 196). Les trois balais sont en communication avec un point 0' à travers des résistances H que Ton peut faire varier simultanément parla manœuvre de contacts glissants.

Au moment du démarrage, on insère toutes les résistances, puis on les diminue graduellement à mesure que la vitesse angulaire augmente et enfin on les supprime complètement une fois la mise en route effectuée. Alors les trois extrémités initiales des circuits restent reliées entre elles par l'intermédiaire du point 0'; par suite, ces trois circuits se trouvent dans

Fi«. 197.

Fiii. 198.

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS 301

les mômes conditions que les conducteurs d'un rotor du type en cage d'écureuil.

Les résistances employées, n'étant utilisées seulement que pendant quelques instants au moment du démarrage, peuvent être constituées par une dissolution de carbonate de sodium (résistance liquide).

Les deux figures 197 et 198 représentent un moteur des Ateliers d*Oerlikon et un moteur de la maison Brown-Boveri munis du dispositif permettant de mettre les enroulements directement en court circuit sur le rotor.