CHAPITRE XVI TBANSFOBMATEUBS TOURNANTS

112. Tran8fonnatettr9 tournants et convertisseurs. — Dans le chapitre xii, paragraphe 79, on a fait remarquer que le transformateur statique ne pouvait être employé que dansleseul cas, du reste le plus fréquent, où l'énergie électrique sous forme de courant alternatif devait être transformée de nouveau en courant alternatif de mftme fréquence, mais sous une tension différente. On a également indiqué que, lorsqu'il était nécessaire de transformer du courant alternatif en courant continu ou réciproquement, il n'y avait qu'un dispositif électrique animé d'un mouvement de rotation qui pût effectuer cette transformation.

Le premier cas est le plus intéressant et le plus fréquent, car, si l'énergie'électrique est produite à grande distance du lieu d'utilisation, il faut nécessairement avoir recours à un courant alternatif à haute tension pour obtenir le maximum d'économie dans l'installation de la ligne de transport d'énergie. D*autre part, si le travail que doit effectuer l'énergie électrique ne peut être obtenu que par un courant continu, des applications électrochimiques par exemple, ou encore si le courant continu est préférable au courant alternatif, ce qui est souvent le cas pour la traction électrique, alors une transformation s'impose.

Le procédé le plus simple, dans ce cas, consiste à alimenter par le courant alternatif un moteur synchrone ou asynchrone qui actionne une dynamo à courant continu. Mais, alors, le

rendement de transformation est forcément assez faible. Si on admet, par exemple, que chacune de ces machines ait un rendement de 92 0/0, le rendement total est de

0,92 X 0,92 = 85 0/0 environ

et il n'est pas possible d'espérer obtenir un meilleur rendement, même en utilisant des unités de grande puissance.

Une première amélioration peut être obtenue lorsque le groupe constitué par un moteur synchrone et par une d}Tiamo à courant continu ne comporte qu'un seul système inducteur pour les deux machines en disposant deux enroulements distincts sur le môme noyau d'induit : l'un, parcouru par le courant alternatif, a ses extrémités reliées à deux anneaux ou bagues dé contact dans le cas du courant alternatif simple ou à trois bagues pour les courants triphasés; l'autre, où se développe le courant continu, est muni d'un collecteur ordinaire.

Ce dispositif, toutefois, a un rendement qui n'est guère supérieur à celui du groupe constitué par deux machines séparées; il présente néanmoins l'avantage d'être moins encombrant et de nécessiter une quantité d'énergie plus petite pour produire l'excitation, puisqu'il n'y a qu'un seul système inducteur pour les deux enroulements. Mais l'obligation de parfaitement isoler l'un de l'autre les deux enroulements exige un plus grand développement de la surface de l'induit et on ne peut songer, en tout cas, de profiter de Tindépendance des deux circuits induits pour alimenter l'un avec du courant alternatif à haute lensioQ et pour obtenir de l'autre du courant continu à basse tension.

Une diminution de la tension du courant d'alimentation avant de le faire passer dans la machine est nécessaire et cette tension doit être ramenée dans les limites de celle sous laquelle on veut obtenir le courant continu. Mais alors, dansces conditions, on peut arriver à simplifier encore la machine en disposant sur l'induit un enroulement unique dont les extrémités sont reliées d'un côté à des bagues de contact et de l'autre à un collecteur ordinaire. Avec cette disposition, il est absolument

TRANSFORxMATEURS TOURNANTS 333

indispensable que Tenroulement induit, en anneau ou en tambour, soit fermé sur lui-môme, comme dans toutes les dynamos à courant continu (à Texception de certains types spéciaux de dynamos construites pour alimenter des lampes à arc), c'està-dire qu'il faut avoir un enroulement disposé pour produire ou recevoir du courant continu et également pour produire ou recevoir des courants alternatifs.

Ce double fonctionnement d'un enroulement unique placé dans un champ magnétique inducteur n'a rien de paradoxal.

Si on fait tourner un anneau ordinaire Pacinotti {fig, 212) pourvu d'un collecteur (qui est représenté sur la figure à l'extérieur de l'induit) dans un champ produit par un inducteur bipolaire, on sait que la force électromotrice induite dans chaque spire, quoique étant alternative , produit aux balais une différence de potentiel prati- ^'*^'- ^*^quement constante; c'est pourquoi, si Ton peut maintenir fixe dans l'espace la distribution des potentiels sur le collecteur, la somme des potentiels des diverses lames du collecteur comprises entre les balais doit être constante.

L'etfet obtenu est bien différent si on établit les communications de manière à obtenir la différence de potentiel entre deux spires déterminées de l'enroulement, c'est-à-dire si deux points de cet enroulement sont rais en communication permanente avec le circuit extérieur par l'intermédiaire de deux bagues de contact et de deux balais. Dans ces nouvelles conditions, la différence de potentiel entre les deux balais est forcément alternative.

La même machine peut donc fournir aussi bien du courant continu que du courant alternatif. En établissant trois prises de courant, en trois points équidistants de l'enroulement (Jig. 212), on obtient trois courants alternatifs décalés de 1/3

33 i LA TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS

de période l'un par rapport à l'autre, constituant ainsi un système triphasé.

Cette machine peut aussi être employéecomme transformateur tournant. En l'alimentant avec du courant continu, le système fonctionne comme un moteur ordinaire et Ton peut utiliser la force électromotrice alternative produite dans chaque spire par le mouvement de rotation pour alimenter un circuit d^utilisation à courant alternatif.

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En supposant, pour rendre l'explication plus simple, que l'on veuille obtenir un seul courant alternatif, il n'y a qu'à établir deux prises de courant en des points diamétralement opposés. Alors, sous l'action de la tension constante qui existe entre les balais qui amènent le courant continu, le courant dans une spire prend l'allure indiquée ne «, A, c, rf, e, f [fig- 213 a), si le circuit extérieur du courant alternatif est ouvert, et il change de sens dans la spire à chaque demi-tour en restant presque constant pendant le temps d'une demi-révolution.

Lorsque le circuit extérieur à courant alternatif est fermé, la spire considérée, faisant partie d'un groupe de spires {moitié de l'enroulement) à l'extrémité duquel existe une tension alternative, tend à être parcourue par un courant alternatif ^, A, i, /, m^ qui, en supposant le décalage de phase nul, a son zéro qui coïncide avec le zéro du courant continu.

Il est évident qu'en réédité la spire ne peut être parcourue

que par le courant o,/?, </, r, s, t, iiy v, z {fig. 213 3)» c'est-à-dire par la différence des deux courants dont il vient d*ôtre question. Ce courant a une valeur efficace notablement plus faible que celle des courants composants et il s'ensuit, ce que la pratique confirme parfaitement, que l'induit d'un transformateur tournant s'échauffe moins

qu'il ne s'échaufferait si ^^^\ i |/^''"^\

la machine fonctionnait ~

comme simple génératrice.

C'est pourquoi, si on fait fonctionner la machine comme génératrice double, c'est-à-dire en lui fournissant de Ténergie mécanique pour lui faire donner aussi bien du courant continu que du courant alternatif, alors, comparé à la figure précédente, le courant continu est inversé et le courant résultant est la somme [fig, 214 g) au lieu d'être la différence des deux courants composants. Dans ces conditions, l'induit s'échauffe plus fortement, ce qui est parfaitement logique.

Dans un cas comme dans l'autre, si le courant est décalé en retard par rapport à la tension agissante, le courant résultant est plus ou moins déformé.