CHAMPS MAGNÉTIQUES PRODUITS PAU LES COURANTS ALTERNATIFS

chacun d'eux soit parcouru par un courant décalé de phase, par rapport au conducteur voisin, d'une fraction de période correspondant à Tintervalle anguhiire séparant ces deux conducteurs, disposition irréalisahle dans la pratique.

Pratiquement, le nombre de phases ne dépasse pas 2, 3 ou 6 dans les moteurs et 3 dans les génératrices ; en outre, les conducteurs, quoique répartis également sur la périphérie, sont toujours placés dans des rainures ou dans des trous. Le champ est encore radial, mais il varie non plus sinusoïdalement, mais bien suivant une courbe périodique plus ou moins complexe. D'après ce que l'on sait maintenant, un champ de cette sorte peut être considéré comme constitué par un champ alternatif sinusoïdal et par d autres champs harmoniques superposés; ces derniers, comme cela arrive du reste fréquemment, sont compensés par d'autres champs produits par induction. Dans ces conditions, il ne reste comme champ agissant que le champ alternatif principal et on peut donc représenter ce dernier par un vecteur. C'est là ce qui justifie l'observation présentée précédemment que l'emploi de la méthode des vecteurs peut être justifié par des considérations n'ayant aucun rapport avec celles qui découlent de la théorie des champs tournants.

11 était nécessaire de présenter les observations qui précèdent avant de poursuivre cette étude qui, quoique élémentaire, doit néanmoins être rigoureusement exacte au point de vue scientifique, afin d'éviter de donner des idées s'éloignant trop de la réalité.

CHAPlTRt: XI ALTERNATEURS

101. Caractéristiques de$ alternateurs. — De même que pour les dynamos à courant continu, on peut, pour les alternateurs, tracer des courber caracferisfiqHes qui donnent une grandeur déterminée en fonction d'une autre. Ces courbes présentent une importance capitale pour les constructeurs et aussi un grand intérêt pour Tingénieur électricien qui doit se rendre compte de la valeur d'une machine ou qui a à en établir les limites d'emploi.

Dans un alternateur donné, la vitesse angulaire est constante, parce que la fréquence est un élément fixe de Tinstallation ; le seul élément que Ion puisse faire varier est Tintensitédu courant d'excitation de Tinducteur afin d'obtenir la force électromotrice et par conséquent la tension nécessaire pour satisfaire aux différentes conditions de charge. Ces conditions ne dépendent pas seulement de la résistance du circuit extérieur, comme dans les installations h courant continu, mais encore du facteur de puissance du circuit. Une courbe n'est donc plus suffisante pour représenter les conditions de fonctionnement en charge, il faudrait avoir recours h une surface. Pour simplifier, on peut tracer différentes courbes caractéristiques, chacune d'elles se rapportant à une valeur déterminée du facteur de charge, sauf ensuite à interpoler les valeurs intermédiaires; c'est ainsi du reste que l'on procède dans la pratique.

AI.TERNATErUS 203

Mais, pour peu que Ton y réfléchisse, il est facile de voir qu'il y a de grandes difficultés pour obtenir, par des essais directs, les valeurs successives nécessaires pour le tracé de ces courbes caractéristiques. En efl*et, s'il est facile de produire une charge déterminée sur un alternateur à l'aide d'une résistance non inductive telle que celle que Ton obtient avec un rhéostat à liquide \ il n'en est plus de mémo lorsqu'on veut avoirune charge inductive, à moins que sur le réseau de distribution ne se trouvent installés plusieurs moteursasynchrones.

Mais, si rinstallation comporte au minimum deux alternateurs, on peut créer une certaine charge inductive en alimentant simultanément avec l'un des alternateurs la résistance liquide et l'autre alternateur (qui ne doit plus ôtre relié au moteur qui le commande), fonctionnant alors comme moteur à vide, les deux appareils étant montés en dérivation. En diminuant graduellement l'excitation de ce dernier, on peut faire varier entre certaines limites le facteur de charge complexe du circuit extérieur, parce que, dans le moteur synchrone h courant alternatif, le décalage de phase entre le courant qui l'alimente et la tension varie suivant l'intensité du courant d'excitation (Voir tome I, chap. xiu).

Plusieurs électriciens se sont préoccupés de trouver des méthodes permettant de déterminer rapidement la caractéristique de la tension aux bornes, qui est celle qu'il importe le plus de ^connaître. Comme cela revient à établir la réaction d'induit pour les diverses conditions de charge et d'excitation d'un alternateur, réaction qui, comme on Ta vu dans le tome 1, dépend de diverses circonstances, cette question sera étudiée complètement dans un des paragraphes suivants.

Ces méthodes exigent la connaissance préalable de deux autres caractéristiques, la caractéristique à circuit ouvert et la caractéristique en court circuit.

1. Si l'alternateur est à haute tension et produit un courant d'intensité modérée, les deux lames du rhéostat peuvent avoir des dimensions assez restreintes, environ 1 décimètre carré par 10 ampères, et alors la capacitance du rhéostat est négligeable.

102. Caractéristique à circuit ouvert. — On iutercale un ampèremèlre dans le circuit d'excitation et Ton dispose un voltmètre approprié entre les bornes de ralternatenr. Cela fait, on amène l'alternateur à sa vitesse angulaire normale et, faisant varier progressivement à partir de zéro la valeur de l'intensité du courant d'excitation, on relève les différentes valeurs de la tension qui, dans ce cas, peuvent être considérées comme étant aussi les différentes valeurs de la force électromotrice.

La courbe que l'on obtient en reliant entre eux les différents

Inlenaitè du courant Jexciiahûn

Fio. 133.

points relevés (/?</. 133) ne passe pas par zéro, à cause du magnétisme rémanent de l'inducteur; elle croît d'abord d'une façon presque verticale, puis s'incline fortement en faisant un coude et, à partir de ce point, elle croît toujours de moins en moins pour des augmentations successives et égales du courant d'excitation jusqu'à ce que le circuit magnétique de l'inducteur soit complètement saturé. Une fois le point de saturation atteint, on peut admettre que la force électromotrice reste pratiquement constante.

103. Caractéristique en court circuit. — La caractéristique en court circuit s'obtient en relevant les valeurs de

ALTERNATEURS 205

l'intensité du courant débité par l'alternateur mis en court circuit et en faisant varier progressivement le courant d'excitation.

II n'est pas nécessaire, pour cet essai, que Tallernateur tourne à sa vitesse angulaire normale. Si Ton admet que la force électromotrice induite dans une spire ait une allure sinusoïdale, on peut dire que le flux qui traverse la spire est, à un instant quelconque,

4) = 4>o COSoj/,

parce que, dans ce cas,

e =: — -r- =z -\- (nq^ sin «i>^

La valeur maximum de cette force électromotrice induite est w<l>o« et sa valeur efficace

L'intensité du courant dans le court circuit est, par conséquent, dans les conditions de l'expérience.

*eec — '

V ft2 + 0)213

/î étant la résistance de la spire et L l'inductance moyenne.

Mais puisque, dans les alternateurs actuels, la résistance R est toujours négligeable comparée à la réactance wL, on peut écrire

1 tO% 1 *ft

iecc — -^ • — J~ — • -r-,

y 2 ioL y 2 L

valeur absolument indépendante de la pulsation w et, par conséquent, de la vitesse angulaire.

Ce résultat présente une grande importance au point de vue pratique, parce que l'essai en court circuit d'un alternateur peut être elTectué à une vitesse angulaire réduite et que, dans tous les cas, il n'est pas nécessaire de maintenir une vitesse angulaire constante.

200 LA TECIINIQUK DES COURANTS ALTKRNATIFS

Pour un alternateur simple, il suffit d'intercaler, à Taide de conducteurs de section convenable, un ampèremètre entre les bornes. Lorsque Talternateur comporte trois circuits, rétablissement de la caractéristique en court circuit doit s'elTectuer suivant les conditions de fonctionnement de la machine ; en elfet, si Talternateur fonctionne comme alternateur simple, il suffit de relever la caractéristique d'un seul circuit et, dans ce cas, il est nécessaire que le centre de Tenroulement soit accessible; si Ton utilise une tension composée, on opère sur deux circuits; enfin, si Talternateur est monté en triangle et que Ton veuille utiliser du courant alternatif simple, il suffit de fermer un seul circuit sur un ampèremètre en ayant soin, naturellement, de détacher les conducteurs correspondant aux autres circuits.

Pour relever la caractéristique d\in alternateur triphasé destiné à fonctionner comme tel, les trois phases doivent être mises en court circuit à travers trois ampèremètres [py, 131) ayant chacun une très faible résistance et, autant que possible, égale pour tous, car une légère ditîérence peut produire des courants d'intensité très différente dans les circuits. En néfrligeant cette précaution, on s'expose à commettre des erreurs assez notables.

1/intensité du courant de court circuit avec une excitation normale peut au maximum atteindre une valeur six fois plus grande que celle du courant maximum en fonctionnement normal ; c'est pourquoi il faut choisir des ampèremètres convenables pour effectuer ce genre d'essais.

L'intensité du courant de court circuit se maintient sensiblement proportionnelle aux ampères-tours d'excitation tant que le fer est loin de son point de saturation ; la partie correspondante de la caractéristique est, par suite, pratiquement une

( en cfoile )

{ en tnanifle ) Fir.. U\,

ALTERNATErUS 207

ligne droite. Dès que le fer approche de sou point de saturation, la caractéristique perd son allure recliligne et s'infléchit plus ou moins sur Taxe des abscisses.