Réaction d'induit dans un convertisseur. — Le

transformateur tournant est, en réalité, un moteur-dynamo, mais où l'énergie électrique fournie du côté du moteur est immédiatement transformée encore en énergie électrique par le jeu des forces électromotrices agissant dans des circuits appropriés. Par suite, dans ce cas particulier, il ne se développe pas de couple moteur ou, plus exactement, il est réduit à la valeur qui est juste suffisante pour maintenir la vitesse de la machine.

Or on sait que le flux développé par les courants induits et qui produit la réaction d'induit (Voir§ 72), lorsque l'induit

tourne toujours dans le même sens, a un certain sens lorsque la machine fonctionne comme génératrice et un sens opposé lorsqu'elle fonctionne comme moteur [fig, 215). Si l'induit, comme dans un convertisseur, remplit à la fois les deux fonctions, les deux flux produits étant égaux et opposés se font équilibre et pratiquement il n'y a pas de réaction d'induit. Par suite, la torsion du champ provoquée par le flux propre

Générateur

Mdsur

de l'induit ne se produit pas et il n'est pas nécessaire de décaler les balais sur le collecteur du côté continu. Il n'y a plus également à craindre la production d'étincelles.

On pourrait croire qu'il n'en est ainsi que dans le cas où l'induit est muni de deux enroulements identiques, à cause des ampères-tours produits, mais indopendants, et destinés tous deux au courant continu, par exemple, dans un convertisseur destiné à transformer du courant continu à haute tension en courant continu à basse tension. Mais on comprend facilement qu'il en est de même lorsqu'un des deux enroulements produit des courants alternatifs.

En supposant qu'il s'agisse de courants triphasés, ceux-ci donnent naissance à un champ, tournant à une vitesse angulaire égale à celle de l'induit, mais de sens contraire au champ produit par ce dernier, comme l'indique la loi de Lenz. Le champ résultant, soumis à deux vitesses égales et opposées, reste fixe dans l'espace et agit d'une manière identique au champ qui serait dû à un induit de génératrice ou de moteur à courant continu.

L'explication est plus complexe lorsqu'il s'agit d'un courant

alternatif simple, parce que, dans ce cas, le flux produit ne reste plus fixe dans l'espace et il n'y a compensation entre ce flux et celui qui est dû au courant continu que pour une certaine position de Tinduit. Il s'établit alors un champ d'induit résultant doijt l'intensité varie autour d'une valeur moyenne et il se produit alors forcément des étincelles aux balais; pourtant ce phénomène est peu accentué à cause des variations du champ résultant, dont les efl*ets sont partiellement annulés par les courants de Foucault qui prennent naissance dans les masses polaires.

On a suppQsé jusqu'à présent, pour faciliter les explications, que l'induit portait deux enroulements distincts ; lorsqu'il ne comporte qu'un seul enroulement remplissant cette double fonction, les effets produits sont les mômes, le courant résultant qui se développe dans les spires donnant lieu aux mômes actions magnétiques que ceux qui sont produits par chacune des composantes de ce courant.

Les convertisseurs sont généralement employés pour transformer des courants alternatifs polyphasés en courant continu et rarement pour effectuer la transformation inverse. Ils fonctionnent sans donner pratiquement de réaction d'induit, c'està-dire sans produire une distorsion du champ inducteur et, par conséquent, sans production d'étincelles aux balais.

114. Construction des convertisseurs. Limite de leurs applications. — Des explications qui précèdent, il résulte qu'un convertisseur est constitué par une dynamo à courant continu disposée pour recevoir ou pour fournir du courant alternatif suivant que la transformation doit s'effectuer dans un sens ou dans l'autre.

Pratiquement, les convertisseurs industriels sont de véritables dynamos à courant continu, toujours multipolaires afin de limiter leur vitesse angulaire en rapport avec la fréquence du courant alternatif qui les alimente ou, suivant le cas, qu'ils débitent.

L'inducteur, toujours disposé à l'extérieur, porte une série

g38 LA TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS

de pôles, alternativement Nord et Sud, excités en dérivation ou partiellement en dérivation et en série (compound) par le courant continu pris aux balais, excitation réglable, comme d'ordinaire, par un rhéostat de champ. L'entrefer n'est pas uniforme, mais d'ordinaire variable, afin d'obtenir que les conducteurs de Tinduit pénètrent graduellement dans le champ. Pour cela on donne aux pièces polaires une courbure plus petite que celle qui correspond au rayon. L'arc polaire est d'environ 80 0/0 de celui du pas.

L'induit est presque toujours du type en tambour. Pour éviter la production d'étincelles au collecteur, les balais sont toujours constitués par desblocsde charbon. On peut utiliserun porte-balais fixe; il est inutile qu'il soit mobile. Généralement l'arbre portant l'induit d'un convertisseur est montéde manière à pouvoir être légèrement déplacé longitudinalement dans ses supports, afin d'assurer un bon contact des balais sur le collecteur et éviter ainsi la production d'étincelles.

En des points convenablement choisis de l'enroulement, on établit des prises de courant que Ton relie aux bagues de contact correspondant au courant alternatif. 11 estévidentque, puisque la dynamo est multipolaire, toutes les prises de courant qui occupent la même position par rapport aux pôles doivent être reliées entre elles, leur extrémité commune aboutissant à une des bagues. Du côté du courant alternatif, les balais appuyant sur les bagues peuvent être indifféremment en charbon ou métalliques.

Les dynamos à courant continu se construisant pour n'importe quelle puissance et n'importe quelle tension, au moins dans certaines limites, il semblerait qu'il peut en être de même pour les convertisseurs. Mais il n'en est pas ainsi, car la fréquence du courant alternatif et la tension imposent une limite qu'il ne convient pas de dépasser si on veut construire une machine rationnelle.

Lorsque le convertisseur est alimenté par des courants alternatifs, il fonctionne naturellement comme moteur synchrone :chap. xui). Sa vitesse angulaire dépend de la fréquence /"des

courants alternatifs et du nombre/? de champs polaires:

Si, par exemple» la fréquence est de 42 périodes par seconde, que rinducteur ait 6 pôles, c'est-à-dire 3 champs polaires, Tinduitfait

-— = 14 tours par seconde,

soit une vitesse angulaire de 840 tours par minute. Si le convertisseur doit fournir un courant continu sous une différence de potentiel de 100 volts, il faut alors obtenir celte tension entre

deux ranfféos de balais consécutives distantes de -77- = 60**. En ^ 6

ce qui concerne l'intensité maximum du courant continu que peut fournir la machine, elle détermine la largeur des lames du collecteur et, comme on ne peut dépasser pratiquement une certaine tension entre les deux lames consécutives, 15 volts au maximum, afin d'obtenir un isolement suffisant, le nombre de lames et le diamètre du collecteur est, par suite, parfaitement déterminé.

Lorsqu'un convertisseur doit fournir un courant continu sous 600 volts, si on applique les indications qui précèdent, le nombre de lames du collecteur doit être six fois plus considérable ainsi que le diamètre du collecteur.

Indépendamment des inconvénients que présente un collecteur de grand diamètre au point de vue pratique, il y a d'autres éléments à considérer : la vitesse tangentielle de cet organe qui, lorsqu'elle dépasse une certaine limite, peut compromettre sa solidité à cause des effets de la force centrifuge agissant sur les lames pour les disjoindre et provoquer ainsi un contact imparfait entre elles et les balais; en outre, les pertes dues au frottement des balais sur le collecteur sont plus considérables.

Il ne suffit pas de dimjnuer Ik vitesse angulaire de la machine en augmentant le nombre de pôles, parce que Ton diminue alors d*autant l'arc embrassé par deux rangées consécutives de balais, arc que Ton a le plus grand intérêt à rendre aussi grand que possible. Il est préférable d'alimenter le convertisseur avec des courants alternatifs de fréquence plus basse, 25 à 30 périodes par exemple, ce qu'il est facile de réaliser là où le réseau n'a pas à alimenter en môme temps un service d'éclairage. Mais là où la fréquence ne peut être inférieure à 40 périodes, c'est-à-dire lorsque le convertisseur est destiné à une installation à fréquence normale de 40 à 50 périodes par seconde, une limite est vite imposée soit en ce qui concerne sa puissance, aussi bien que sa tension.

C'est pourquoi, dans beaucoup d'installations, l'emploi de convertisseurs n'est guère possible quand il s'agit, par exemple, d'obtenir du courant continu sous une tension de 500 à 600 volts pour un service de traction électrique. On a songé à surmonter cette difficulté en employant deux collecteurs en série, afin de fractionner la tension entre chaque lame du collecteur, ce qui aurait permis de diminuer le diamètre de cet organe; mais le remède est, en réalité, plus mauvais que le mal, c'est pourquoi cette idée n'a jamais été pratiquement réalisée.

115. Rapport de transformation, r- Soit un induit pourvu, d'une part, d'un collecteur et, de l'autre, de bagues de contact et placé dans un champ magnétique bipolaire.

Si cet induit fournit du courant continu, la force éleclromolrice agissant dans le circuit extérieur est la somme de toutes les forces électromotrices développées dans les spires constituant la moitié de l'induit, soit, par exemple, une force électromotrice totale de 100 volts.

En admettant que cet induit fournisse du courant alternatif simple à l'aide de deux prises de courant à 180"* dans les mêmes conditions, c'est-à-dire sans modifier la vitesse angulaire ni rintensité du champ inducteur, la force électromotrice passe d'une valeur nulle, lorsque les deux points de prise de

courant se trouvent sur la ligne joignant les deux pôles inducteurs, à la valeur de 100 volts (lorsque les deux points de prise de courant se trouvent sur une ligne perpendiculaire h celle qui joint les pôles). Si cetle force ^lectromotrice alternative prend des valeurs successives variant suivant la loi sinusoïdale, sa valeur efficace est :

1^:^70,7 volts.

Dans le cas oti l'induit donne des courants triphasés (trois prises de courant à 120°), le nombre de spires compris entre deux prises de courant consécutives est plus petit que dans le cas précédent et, par conséquent, la force électromotrice a une valeur efficace plus faible, mais non en proportion directe. On peut, en effet, démontrer que, si Tallure de la force électromotrice est encore sinusoïdale, la valeur efficace de la force éleclro motrice dans chaque groupe de spires est :

^^ iOO = 61,3 volts.

Il résulte de cela que, si on alimente un convertisseur avec du courant continu à 100 volts, on ne peut obtenir que du courant alternatif simple sous 70,7 volts ou des courants triphasés sous 61,3 volts. Les effets contraires se produisent précisément de la môme manière. C'est pourquoi, si on veut qu'un convertisseur fournisse de courant continu sous 500 volts, il faut fournir des courants triphasés à la tension de :