Gisberl Kapp, les Transformateurs

mélhode très ingénieuse imaginée par M. Scott et dont on trouvera la description dans VEUctrical World^,

Les pertes par effet Joule peuvent être déterminées approximativement à Taide d*un wattmètre, en fermant le secondaire du transformateur en court circuit sur un ampèremètre et en appliquant aux bornes du primaire la tension normale alternative nécessaire pour produire dans le secondaire un courant ayant l'intensité normale (Voir j^ 136). Le circuit primaire est alors parcouru également par un courant d'intensité normale. En intercalant un wattmètre dans le circuit, les indications qu'il fournit peuvent être admises comme représentant la valeur des pertes par effet Joule à charge normale, parce que, à tension réduite, les pertes dans le fer sont négligeables, Tinduction dans le noyau restant minimum. On peut aussi ne pas utiliser d'ampèremètre pour fermer le circuit secondaire, car cet instrument consomme une certaine quantité d'énergie et les résultats, par suite, ne sont pas rigoureusement exacts; il suffit de placer cet ampèremètre dans le circuit primaire. L'intensité du courant dans le secondaire se déduit facilement des indications obtenues, sachant que, dans ces conditions, les

intensités sont dans le rapport — î m étant le rapport de transformation des tensions.

Lorsque l'on opère sur des transformateurs triphasés, on met les trois circuits sous tension et, pour déterminer les pertes à vide, on mesure avec un wattmètre la puissance absorbée par l'un des trois circuits dont la valeur est ensuite multipliée par 3. Mais il est nécessaire de faire remarquer que cette multiplication par 3 ne donne des résultats précis que seulement dans le cas où les trois circuits magnétiques du transformateur sont symétriques, les tensions du courantd'alimentation étant égales. Dansée cas, il suffit de mesurer la puissance composée à Taide de deux wattmètres, comme on le ferait pour un simple circuit triphasé non équilibré.

i. Eleclrical Wovld, t. XXXVIl, n- 25, p. 1083.

MÉTHODES INDUîJTHIELLES DE MESIRE DU RENDEMENT 549

235. Détermination du rendement d'un moteur synchrone. — La méthode directe peut être employée lorsque Ton dispose d'un wattmètre bien étalonné et d'un frein de construction appropriée.

Comme les moteurs synchrones de faible puissance sont très rarement employés, les petites installations utilisent presque exclusivement des moteurs asynchrones, il s'ensuit que la méthode directe n'est presque jamais employée et souvent môme impossible à appliquer. D'autre part, l'emploi de la méthode dirc^cte peutdonner lieu à des contestations lorsque le moteur est alimenté par une génératrice actionnée par une machine dont le coefficient de régularité est peu élevé, parce que, dans ces conditions, il y a des tendances à la production d*oscillations. Le moteur ne se décrochera pas, principalement si Ton a pris des dispositions pour amortir Jes oscillations, mais cet amortissement entraîne une certaine perte d'énergie, et cela au détriment du rendement.

Par conséquent, il est beaucoup plus pratique d'employer la méthode indirecte. A cet effet, on relève les perles à vide en faisant fonctionner le moteur comme génératrice (§ 2Î33) et en y ajoutant ensuite les pertes par effet Joule que Ton calcule et celles dues aux courants de Foucault que Ton admet égales à ces dernières. 11 faut remarquer que l'observation faite précédemment relativement au décalage de phase du courant dans les alternateurs est applicable dans le cas actuel, mais en sens inverse, parce que, lorsque, dans un jnoteur synchrone, le courant est décalé en relard par rapport à la tension appliquée, le champ magnétique a son intensité augmentée, tandis que cette dernière est affaiblie lorsque le courant est décalé en avance. A égalité d'ampères-tours d'excitation, les pertes dans le fer dépendent donc de l'intensité du courant dans l'induit et de sa phase. Pour vérifier ce fait, il suffit, comme l'a fait l'auteur, de faire fonctionner à vide un moteur syqchrone en maintenant l'excitation constante, mais en faisant varier la tension alternative aux bornes de l'induit ; dans ces conditions {^ 165), l'intensité et la phase du courant sont modifiées.

En mesurant soigneusement la puissance fournie à l'aide d'un wattmètre et en nt^gligeant la partie des pertes produites par effet Joule, le reste des pertes est une valeur qui devrait rester constante si les pertes dans le fer dépendaient seulement de l'excitation, les pertes dues aux frottements ne variant pas. On constate, au contraire, que les pertes varient dans le sens indiqué, c'est-à-dire augmentent en même temps que le retard ; ces variations sont telles que l'on ne peut certainement pas les imputer seulement aux courants de Foucault.

Pour éviter toute contestation, il est bon de déterminer avec le constructeur une valeur déterminée pour le rendement, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions normales et avec une excitation correspondant à cos 9 = 1. Alors la méthode chronométrique permet de déterminer ce rendement, dans ces conditions, avec une exactitude plus que suffisante dans la pratique.

236. Détermination du rendement d'un moteur asynchrone polyphasé ou à courant alternatif $imple. — Tout ce qui a été dit au sujet du diagramme d'Heyland dans les chapitres xiv et xv dispense de donner ici des indications détaillées au sujet de la détermination du rendement de cette catégorie si importante de moteurs. On a déjà eu à plusieurs reprises l'occasion d'indiquer comment il fallait procéder pour rélever avec exactitude la fréquence des courants d'alimentation ainsi que le glissement et, par conséquent, il est inutile de revenir sur ce sujet.

Il suflit seulement de dire, comme on le comprend du reste, que la détermination du rendement peut s'effectuer par la méthode directe, en mesurant la puissance électrique consommée à Taide d'un wattmètre et la puissance mécanique recueillie avec un frein. On peut également, comme pour les transformateurs, déterminer le rendement par la méthode consistant h évaluer seulement les pertes. Dans ce cas, la connaissance de la valeur du glissement permet d'éviter les mesures de la résistance et de l'intensité du courant dans le rotor, mesures

impossibles h faire lorsque le rotor est du type à cage d'écureuil. En effet (Voir § 180), sauf les pertes dans le fer et dans le stator considérées comme constantes, le rendement du moteur serait

P+Pc

expression dans laquelle to' est la vitesse angulaire du rotor et 0) celle du champ, P la puissance recueillie et Pc la puissance dissipée sous forme de chaleur dans le rolor. Mais, si Pi est la puissance fournie au stator et mesurée avec un wattmètre et/>la puissance absorbée par les frottements, parles pertes dans le fer (ces deux pertes étant déterminées lors de la mesure de la puissance absorbée à vide) et par les pertes dans le stator = 3r,/|' (les valeurs de r^ et de /j étant connues), on a

et, par conséquent, en substituant,

io' P P

eu -p+p,^{P + p)- p,-p'

d'où l'on déduit la valeur de P. Le rendement réel du moteur

est alors ^•

Dans le cas d'un moteur à courant alternatif simple, on a (§ 203)

mais on sait que les pertes ont pour expression Par conséquent,

P = p,-,-rj(5)'-,{.

Les valeurs de P^j p, w et w' étant connues, la puissance

5;i2 LA TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS

recueillie P est ainsi détermiii(?e. Le readement réel est,

comme précédemment, — •

237. Détermination du rendement d'un transformateur tournant. — Si la transformation du courant alternatif en courant continu est obtenue au moyen d'un groupe moteurgénératrice, on peut mesurer la puissance fournie et la puissance recueillie et faire le rapport pour obtenir le rendement du transformateur. On peut également déterminer séparément les deux rendements et les appliquer aux puissances respectives pour déduire de la quantité de puissance fournie au moteur celle qui reste disponible sur la génératrice.

Dans le cas d'un convertisseur proprement dit, la délerminalion par la méthode directe est plus difficile, surtout parce qu'il s'agit d'une machine à rendement élevé et qu'une légère erreur commise dans la mesure de la puissance fournie et de la puissance recueillie peut entraîner une erreur considérable lorsqu'on en déduit le rendement. En outre, la tendance que présentent les convertisseurs à effectuer des oscillations, tendance d'autant plus grande qu'il n'y a pas de couple résistant appliqué à l'arbre, peut être aussi une cause d'erreur : un convertisseur qui donne un rendement de 94 ^/q sur la plateforme d'essai du constructeur peut très bien ne donner que 91 à 92 7o lorsqu'il fonctionne sur le réseau auquel il est lestiné, précisément par suite de l'énergie dissipée sous forme thermique dans les circuits amortisseurs par le fait des oscillations, au sujet desquellesonadonné des explications complètes dans le paragraphe H8 du tome I.

Par conséquent, il est préférable de mesurer séparément les pertes, soit en opérant sur le convertisseur comme on le ferait pour un moteur synchrone, soit en opérant comme on le ferait pour une dynamo h courant continu et en réduisant ensuite les pertes par effet Joule dans l'induit suivant le nombre de phases du courant d'alimentation. Le tableau ci-après donne les valeurs efficaces de l'intensité de ce courant dans l'induit

suivant le nombre de phases, lorsque le courant continu a une intensité de 100 ampères et qu'il n'y a pas de décalage de phase dans les courants alimentant le convertisseur :

Courant alternatif simple 70,7 ampères

Courants triphasés 54,5 —

— diphas(?s (4 conducteurs). . 30,0 —

— à six phases 47,2 —

En utilisant la , méthode chronométrique, on peut évaluer séparément les pertes par frottement, celles dues aux coussinets et à la résistance de l'air en ce qui concerne l'organe mobile, celles dues aux balais, pertes qui, dans un convertisseur, deviennent notables par suite du grand nombre de balais. On ne peut négliger la quantité de puissance dissipée sous forme de chaleur dans les balais que du coté du courant continu, parce que ces balais sont toujours en graphite. Le collecteur s'échauffe également (indépendamment de la chaleur duc aux frottements), parce que chaque lame coupe les flux deforce dus aux courants qui passent dans les balais et qu'il se produit, par suite, des courants parasites dans les lames.

Les considérations qui précèdent suffisent pour montrer que la détermination du rendement industriel d'un convertisseur exige une grande attention et une grande pratique, les causes de pertes étant très nombreuses, quoique la machine ait toujours un rendement élevée

1. Consulter ii ce sujet la note de M. R. Salvadori, Le correnli ondulale [Atti (tella A. E. /., vol. VII, fasc. 1). à propos des précautions qu'il faut prendre dans l'emploi des ampèremètres thermiques pour mesurer Tintensilé du courant continu débité par un convertisseur tournant.