CHAPITRE V

§ 1. «— Evolution des types de moteubs de traction

Avant d^examiner les types modernes de moteurs de tramways, il est intéressant de jeter un coup d'œil sur ceux qui les ont précédés et de rappeler les étapes successives par lesquelles on est passé pour arriver à une construction vraiment rationnelle.

Au début, la plupart des constructeurs se préoccupaient seulement d'appliquer à la traction les moteurs fixes existants, sans se rendre compte des énormes à-coups mécaniques et électriques qu'ils devaient supporter dans cette nouvelle application, ni de la nécessité de les adapter à un truck séparé. La figure 110, qui représente une des premières voitures de Reckenzaun à vis sans fin, donne un exemple de ces locomoteurs improvisés avec un moteur d'atelier, dont on n'avait pas même supprimé le socle, cependant inutile. Bien des constructeurs européens ont suivi les mêmes errements jusqu'à une date récente.

L'idée de suspendre les moteurs aux essieux parait due à /. C. Henry qui l'appliqua sur la ligne de Kansas City (Missouri), en 1884.

Le premier essai de moteur spécial logé dans un truck a été fait en 1886 sur la ligne expérimentale de Woonsocket par les compagnies Thomson-Houston et Bentley-Knight; ce moteur donnait 15 chevaux à 1 500 tours avec une réduction de 1/9 (24 kilomètres à rheure). Depuis, tous les constructeurs américains ont adopté des trucks de ce genre ; mais leurs moteurs restaient, au début, fort imparfaits : les vitesses s'accordaient mal avec le travail à fournir aux diverses allures ; le rendement, calculé seulement en vue de la

pleine puissance, était déplorable aux faibles charges ; le couple de démarrage, ou plutôt le oourant maximuio supporté par l'armatore,

était insuffisant; les étincelles aux balais étaient abondantes ; les. organes étaient exposés à la boue, à la poussière, à l'humidité, et ces agents de destruction en amenaient rapidement l'usuire. Ce

n'est que progressivement qu'on a éliminé ces divers inconvénients ; les types modernes imaginés en Amérique ne dat«nt que de 1892 et il a fallu encore bien du temps pour répandre les mêmes perfectionnements dans les ateliers de construction européens.

Anciena types à grande vlteiie. — L'usage du Ter forgé pour la coDstniction

Coupe loiigiLuilinile. Vueginirtla.

Fig. 109. — Ancien moteur Spragu« à double réduction, tjpe de 1SS8.

des inducteurs a pendant longtemps fait une nécessité de l'emploi de moteurs bipolaires, avec double réduction de vitesse ou vis sans fin. Ceux-ci ont été construits d'après les types les plus divers ; on en a surtout employé deux principaux :

1° Le type bipolaire horizontal à deux bobiues inductrices, dérivé des

Fig. 110. — Premitre voiture de Reckeniaun.

moteurs Gramme type supérieur, et qui paraît avoir été adopté d'abord par Bentley et Knight en 1886; le plus célèbre représentant de ce type a été le moteuriSjn'aj^ue type F ((ig. 108 ellOQ)de 1888; des moteurs analogues furent ensuite construits par la C" Tho m son-Houston, qui avait acheté les brevets Bentley-Knight, puis par la C* Westingbouse et par plusieurs autres. Un moteur Sprague plus ancien, qui figurait sur les voitures de Hichmond'

(fig. 25, p. 21), se distinguait de celui-ci par la position des bobines inductrices placées perpendiculaire ment à Taxe de la Yoie; ce même type a été employé pour les moteurs à vis sans fin de Reckenzaun (fig. 82, p. H3),d'Oerlikon (Gg. 80 et 81), etc..

2<* Le type à pôles conséquents de Siemens et Halske, encore employé aujourd'hui, mais avec simple réduction, sur les voitures à chaînes de Budapest, Mulhouse, Bâle, etc., et imité par de nombreux constructeurs. La figure 111 donne les éléments de construction du moteur de Budapest. Daft, Field et Schlesinger ont adopté des dispositions plus ou moins analogues dans leurs premières locomotives antérieures à Tannée 1889; la même forme d'inducteurs se retrouve encore sur les tramways du South Staffordshire et sur le chemin de fer élevé de Liverpool, mais elle est tout à fait démodée.

On peut ci ter aussi, comme ayant eu un nombre assez important d'applications , les moteurs van Depoele, type des petits moteurs Siemens et Halske à inducteurs en forme de mâchoires; les moteurs Short à anneau plat imités des ma* chines Brush et Schuckert, et qui ont été construits d'abord avec deux puis avec quatre pôles ; et en Europe

Elévation.

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Plan.

Fig. 111. — Moteur Siemens et Halske de Budapest.

(Anciennes voitures.)

les moteurs Tbury à pôles radiaux (fig. 112)qu'on peut voir encore sur les voitures de Clermont-Ferrand et de Dijon, les moteurs Averly, etc.

La forme d'iuduit en anoe&u plat, qui figure déjà dans la tocomotive Raffard de 1S83, quoique séduisante par la possibilité de donner à l'armature un diamètre maximum, présente un sérieux inconrénient pratique : il est difficile d'empêcher le jeu longitudinal de l'arbre dans les paliers et it faut par conséquent admettre des entrefers exagérés pour éviter sûrement le frottement de l'induit contre les inducteurs ; même avec cette précaution, tout

Fig. 112. ~ Moteur Thurj à double réduction, type de Vovay et Clermont-Ferrand.

déplacement de l'induit amène une difTérence entre les attractions magnétiques sur ses deux faces, ce qui exige l'emploi de paliers de butée. Aussi le moteur à anneau plat, et o fortiori celui à induit disque, sont-ils abandonnés complètement aujourd'hui.

De tous ces types anciens, le plus répandu de beaucoup a été le premier, c'est-à-dire le moteur bipolaire horizontal, qu'on était arrivé à perfectionner et à construire avec une réelle solidité. Mais la forme de son circuit magnétique ne permettait pas de l'entourer d'une enveloppe protectrice en fer ou en fonte sous peine de dérivations exagérées; on était même obligé, pour le suspendre par l'extrémité opposée à la culasse, de réunir les deux pièces polaires par une plaque de bronze portant le crochet d'attache (lig. 108).

Ces moteurs étaient construits pour diverses puissances : le type courant était de 15 cbev.

à 1200 tours par minute; le rendement final ne dépassait pas 60 p. 100. Ils étaient bobinés eu anneau sur noyau lisse.

Fig. 113. — Moteur 'Wenstroni, pranùer tjpe Premiora motoun à Titam

a simple réducUon. \ea\t. — En 1890, la compa-

gnie Wenstrom établît le premier moteur à vitesse lente (llg. 113) ; ce moteur présentait plusieurs particularités nouvelles et importantes : emploi de quatre pôles au lieu de deux, réa-

MOTEURS DE TRACTION lU

lisstion de deux pôles conséquents, îaducteura eutour&ut complètement U périphérie de l'induit, armature munie d'encoches fermées dans lesquelles les bobines induites se trouTaient solidement maintenues, faible entrefer (1,5 mm.}, emploi de deux balais seulement.

La vitesse normale de l'armature n'était que de 400 tours; la puissaoce maxima était de S3 cher, et le poids d'environ 1000 kg., engrenages non compris. Les Irucks de la compagnie Wenstrom étaient équipés, soit avec un, soit avec deux moteurs ; au début, on les a munis d'embrayages hydrauliques.

Des dii^cultés d'ordre purement financier empêchèrent le succès industriel du moteur Wenstrom; mais, sitôt conuu, il fut imité par les principaux constructeurs de l'époque, lescompagnies Ëdison-Sprague, TbomsoQ-HousIon,

Fig. 114. — Moteur Edison-Spraguc.

Westinghonse, Baxter, Wightman, etc. Les moteurs des trois premières ont reçu un très grand nombre d'applications en 1801 et 1893, et présentent des dispositions de principe assez intéressantes pour mériter une courte mention.

Le moteur Editon-Sprague de 1831 |lig. 114) était télrapolaire, à pôles conséquents, comme le moteur Wenstrom ; ses bobines inductrices étaient divisées en trois galettes pour la régulation. L'armature était un anneau Paciaottide 0,45 m. de diamètre comportant 140 sections, réunies au collecteur par des llls de maillechort pour réduire les étincelles ; te collecteur de 0,2S m . de diamètre était muni de 4 balais en charbon calés à 90°.

L'un des côtés du rectangle inducteur, celui qui porte le palier d'essieu, était rapporté ; l'armature se retirait en déboulonnant un des paliers.

Le moteur était construit pour les puissances de 13, 20, 23 et 30 chev. (principalement l'a elS5].

I^ moteur Thornson-Homlon S. H. G., type 1801 (Ilg, 138, p. ni) était du type bipolaire avec pôles h peine saillants et bobines inductrices fortement excavèes, enveloppant presque complètement l'armalure. Celle-ci était du type Gramme, k anneau tisse ordinaire, avec deux balais en charbon calé«

>t ^LECTIUgUE. 10

homontalement. La carcasse élait formée de 3 parties : la base, les ioducteun, veDus de roDte avec une console, el les paliers de l'armature et de l'esBiea, le tout enfermé dans une enveloppe en 16te embrassant toute la partie infèriâure.

Cet appareil a été construit pour les puissances de 15 et 25 chev.; la principale application en a été faite sur le grand réseau de la West End Street Baiiwaj Co, à Boston.

Le moteur Wetlinghouse, type 1891, dit 11° 3, se distinguait par son système inducteur (fig. US) de forme circulaire avec 4 pôles radiaux présentant une parfaite symétrie, supportes par un cadre hoi-izontal formant bftti

-, .,, ,, . -UT .- 1. .■> ^'- munis de i bobines

fia. lis. — UoteuF Wesluighouse n* 3. - j . -

Bâti inducleor. inductrices «cavees.

L'induit en tambour

denté élait bobiné en série d'après un système analogue à celui d'Eîckemeyer.

Pour permettre le démontage, les inducteurs étaient formés de deux parties

Coupe AB. .^ ^

Plg. lld. — Moteur ■ gearless ■ Shorl, premier type.

symétriques articulées à charnières sur le bftti rectangulaire qui portait les paliers d'arbre et d'essieu.

Les dispositions de ces moteurs', qui en font trois types bien distincts, sont

' On trouvera plus de détails sur ces dispositions dans le Slitet Railœai/ Jounai

plus ou moins imitées dans tous les moteurs cuirassés élaoches qoe l'on construit aujourd'hui, ce qui rend inutile d'en citer d'autres.

Premiers motenn uns rédaction. — En présence du succès de Wenstrom, on passa bientôt d'un eïcès à l'autre et on voulut réaliser des moteurs k vitesse plus lente encore, pouvant s'accoupler directement & l'essieu comme ceux des locomotives, décrites plus loin, du City and South London Railwey inauguré en 1890.

En 1890 et 1891 tous les grands constructeurs américains brevetèrent des appareils de ce genre. Parmi ceux qui furent réellement l'objet d'applications pratiques, il convient de citer ceux de Short et d'Ëickemeyer, Fig. 117. à cause des éléments nouveaux de [>rïiiiier i progrès qu'ils ont apportés.

Le premier moteur » yearksi » Shorl 1890 (lîg. llC et 117) était à anneau plal,suivant la pratique de ce constructeur; il exigeait des roues de 0,90 m.,

ne donnait que 0,60 de rendement et ne pesait pas moins de 3200 kg. pour 35 chevaux.

Le second type (fig. 118) ne pesait plus que 1350 kg.

Les inconvénients de cette forme d'induit onttlnalement amené cet inventeur à y renoncer et son dernier modèle (fig. 119), présenté en 189S au Congrès des tramways américains, était un moteur hexapolaire à pôles radiaux et induit en tambour, ne se distinguant des types à simple réduction qui viennent d'être cités que par le nombre de pôles plus grand et les dimensions plus considérables. Celles-ci étaient : longueur 1,03 m-, largeur 0,95 m., hauteur 0,66 m. L'armature, de 0,52 m. de diamètre, était â noyau denté avec 93 sections de

16 tours chacuDe bobinées ea série ; chaque spire était formée de trois rubans de cuivre superposés et placés de champ dans les rainures, et le collecteur était à IS4 barres, avec 2 balais diamétralement opposés. Ce moteur donnait une pulasance de 30 chev. & la vitesse de 120 tours par minute et réalisait un rendement maximum de O.'S; son poids était d'environ 1200 kg.

La disposition donnée aux inducteurs k 6 pâles, dont 3 conséquents et 3 munis d'enroulements, mérite d'èire appréciée comme une idée heureuse et digne d'être retenue pour les locomotives électriques de chemins de fer à grande vitesse ; la forme triangulaire qui en résulte pour la carcasse permet en effet de lui donner d'assez grandes dimensions sans être obligé d'augmenter celle des roues et se prête bien au démontage.

Fig. 119. — Troisifime type Short.

Celui-ci, qui constitue une des particularités ingénieuses du moteur Short, s'opère de la manière suivante. La carcasse des inducteurs est divisée en deux parties assemblées par des boulons, celle du bas coulée en une seule pièce ne présentant aucune ouverture jusqu'à l'axe ; il suffit de dévisser les boulons pour pouvoir descendre la partie inférieure dans une fosse et visiter l'intérieur du moteur ; en outre, si on dévisse les boulons qui maintiennent les paliers de l'arbre creux, celui-ci, avec l'armature qu'il porte, vient reposer sur l'esaieu, tandis que la demi-carcasse supérieure reste fixée au truck; on soulève alors ce dernier pour dégager l'essieu des plaques de garde, et on n'a plus qu'à faire ronler sur la voie les deux roues qui le supportent jusqu'à l'atelier de réparation pour substituer à cet ensemble un nouvel équipage muni d'une armature en bon état.

Cette disposition, ainsi que l'arbre creux de M. Raffard, ont été conservés

dans 1& locomotire du Baltimore s.aâ Ohio Raiiroad dont on trouvère la description détaillée dans le chapitre des locomotives.

Le moteur Eickemeyer de 1891 (fig. 120) présentait de son côté des dispositioDS originales, dont plusieurs ont été reproduites p&r de nombreux constructeurs et qui méritent de fixer l'attention. C'était tout d'abord la forme du système inducteur bipolaire formant enveloppe autour de l'induit et excité par une seule bobine ; celle-ci embrassait l'armature et était formée de deux moitiés recourbées sur les petits côtés pour laisser une place libre à l'arbre. Cette disposition assure le passage du flux total h travers l'induit, ce qui rend les fnites magnétiques &ans inconvénient et permet, avec une excitation peu con-

CiHipa IioriiontaE*. Conpe i«rlictl«.

Fig. 120. — Moteur ■ gearless . Eickemeyer pour tramways (18W).

sidérable, de saturer leferioduit. La cuirasse était formée de troispartiesA,B, G, et les parties centrales étaient en deux pièces, portant dans leur prolongement les boites à graisse des deux essieux; la suspension était constituée par des ressorts à boudins; tous les organes étaientaccessibles et facilement démontablea.

En second lieu, l'induit Eickemeyer était bobiné en tambour sans recouvrement des fils sur les bases, suivant le système bien connu Edison-Ëickemeyer (1890), qui consiste dans l'emploi de bobines préparées à l'avance sur une forme ; ces bobines, toutes interchangeables, sont mises en place sur le noyau d'armature suivant un ordre couvenablp, séparées par des cales, puis maintenues par des frettes solides. Grâce à leur forme spéciale, leurs petits côtés viennent se juxtaposer sur les bases du tambour sans se recouvrir. Dans les premières applications, te noyau d'induit était lisse, mais dans ses derniers moteurs Eickemeyer avait adopté un noyau denté.

Son type normal, pesant 1 800 kg., adapté à des roues de 0,66 m., donnait, k la vitesse de 160 tours par minute, une puissance de 23 chev. ; le rendement

dépassait '0 p. 100 pour tes vitesses comprises entre 130 et ISO tours par miaute et atteignait 80 p. 100 k 230 tours.

Le moteur ■ gearless * de la compagnie Weslioghouse, monté sur l'essieu, différait peu du précédent comme mode de construction ■ el il ne présente plus assez d'intérêt pour que nous le décrivions ici. Van Depoele, le docteur HopkiosoD, H. Bonneau en France, etc. ...ont breveté aussi vers la même époque des types de moteurs ■ gearless », qui n'ont été l'objet d'aucune application industrielle '. La compagnie Thomson -Ho us Ion a projeté elle-même un moteur à action directe [Bassett, 1892} semblable à son moteur W, P. décrit plus loin, mais monté sur arbre creux.

C'est à peu prés à la même époque qu'ont été construits par M. T. Parker

Fig. 121, — Moteur liV, P. CWaler-Proofj de la compagnie Thomson -Houston (fermé).

les moteurs à commande directe du métropolitain de Liverpool,'dont nous avons donné plus haut les dispositions générales (tig. 107, p. 13'ï}; ces moteurs, encore en service, sont du type bipolaire à pôles conséquents, inducteurs en double Ter & cheval et induit en tambour bobiné d'après la mêlhoile Eickemeyer. Ib développent d'une fai;on pi-olungée 40 chevaux h la vitesse de 40 km, à l'heure et peuveut produire sous 100 ampères un effort de 7ÎU kg. à la jante Je roues de 0,84 m. Comme on le verra plus loin, leur rendement atteint 8S p. 100, ce qui est un résultat très satisraisanl ; mais leur poids n'est pas inférieur à 3 tonnes, tandis qu'un moteur à simple réduction de même puissance n'en pèserait que 1,6 h. 2.

Nous ne reviendrons pas ici sur les critiques que nous avons formulées plus haut (p. 138) contre ces moteurs ù attaque directe et sur la détermination de leurs cas d'emploi rationnel.

' Voir le Sli-eet Railicat/ Journal. 18BI.

' Voir 1» Lumière ÉUclriqiie, U0\, i' volume, p. 2S, et 1* volume, p. !I3; ibid. IBS-l, 1" volume, p. 13 et 46fl.

Ils ont eu tout cas contribué dans une mesure très utile au progrés de la traction électrique en introduisant daus la coastruclion des moteurs h. vitesse lente des méthodes nouvelles : le bobinage mécanique des induits et la fermeture de la carcasse inductrice.

Premiers moteari cnirasiôi. — Dans les premiers types à simple réduction.

Fig. 122, — Moteur W, P. (ouvert).

décrits ci-dessus, on préservait les moteurs contre la poussière et l'humidité par une enveloppe en tdie fixée après coup autour de l'appareil à l'aide de boulons i mais cette enveloppe n'était jamais bien étanche et ses boulons se desserraient fréquemment par l'effet des trépidations. Peu à peu, gr&ce il l'emploi de l'acier doux, on l'a remplacée par des extensions de la carcasse elle-même, fermées d'abord incomplètement, puis enfin absolument continues. Le premier type ainsi t cuirassé » a été établi par la compagnie Thomson- Ho us ton en 1891 sous le nom de moteur Waler-Proof ou W. P. Les nombreuses applications qu'il a reçues en Amérique et son emploi A l'heure actuelle sur plusieurs lignes européennes, notamment celle de Bordeanx-Bouscat, eu appellent une description sommaire.

Le moteur W. P. 1891. (fig. 121 et 123) dérive du moteur S. R. G., et est comme lui bipolaire ; mais, dans le but de simplifier l'entretien, on a réduit l'enroulement inducteur à une seule bobine, placée à la partie supérieure, et le pôle inférieur est à peine marqué. Bien qu'il se produise d'importantes fuites magnétiques autour de l'armature, elles n'empêchent pas le bon fonctionnement et soulèvent l'armature assez pour soulager presque utilement les paliers. L'induit, qui occupe toute la hauteur du moteur, est constitué par un anneau denté Pacinotti d'environ 0,50 m. de diamètre, en tôle feuilletée, ayant pour section diamétrale environ 1,5 x 7, S cm. Les sections, au nombre de Si, sont composées de 14 spires logées dans des dentures en queues d'hircnde où chaque section est maintenue par des coins en bois.

i52 LA TRACTION ÉLECTRIQUE

Les deux balais, calés suivant le diamètre horizontal, sont placés dans un porte-balais fixé au bâti et qu'on peut détacher et enlever à volonté pour visiter les balais en donnant simplement un quart de tour au manche dont il est muni.

La carcasse qui forme le système inducteur enveloppe le moteur d*une manière complètement étanche, sauf près de Tarbre où il existe des ouvertures ovales, qui, du reste, peuvent être fermées également lorsqu^on le juge nécessaire ; elle consiste en deux coquilles se joignant suivant un plan horizontal à hauteur de Tessieu et de Taxe. La partie supérieure est articulée à Taide de charnières, qui permettent de Touvrir pour visiter Tintérieur et remplacer au besoin la bobine inductrice. La partie inférieure porte les paliers d'essieu et les paliers d'arbre ; elle forme chasse-pierres.

Pour démonter le moteur, il suffit d'enlever les quatre boulons qui retiennent la partie supérieure pour pouvoir soulever celle-ci à travers la trappe de la voiture, ce qui permet de changer la bobine; ou bien Ton peut laisser basculer dans la fosse la coquille inférieure, et enlever l'armature en dévissant les chapeaux des paliers.

Ces moteurs étaient construits en deux puissances : 15 et 25 chev.

Pour les voies de largeur inférieure à la voie normale et les voitures de faible capacité, la même compagnie avait créé un modèle du même type que le précédent, donnant un effort de traction de 250 livres = 113 kg. à la jante de roues de 20 pouces (0,50 m.). Ce moteur marchait aux tensions de 200 à 250 volts. Son faible poids, 300 kg., et sa longueur très réduite, 0,38 m., permettaient de l'employer sur des voies très étroites, descendant jusqu'à 0,45 m.

Ces moteurs cuirassés furent imités aussitôt par les autres compagnies en Amérique et en Europe ; bientôt, on les perfectionna en supprimant toute ouverture sur les côtés, sauf pour les moteurs très puissants, et, malgré réchauffement plus grand des organes qui en résulte, cette disposition a reçu aujourd'hui la sanction de la pratique. Depuis 1892, il n'a plus été apporté aux moteurs que des perfectionnements de détails, qui trouveront leur place dans le paragraphe qui suit.

§ 2. — Dispositions des moteurs modernes

Pour bien comprendre les principes qui gouvernent aujourd'hui la construction des moteurs de traction, le mieux est de passer en revue les sujétions d'ordre soit mécanique, soit électrique, aux-

quelles ces moteurs sont soumis du fait de leur position par rapport à la voiture et du service qu'ils ont à faire.

Conditions à remplir au point de vue mécanique. — Bien qu'elles soient faciles à concevoir, ces conditions méritent un examen sérieux à cause de leur importance.

1^ Construction compacte. — Le moteur de traction ordinaire doit être assez ramassé pour trouver place dans le truck entre la caisse de la voiture et la voie ; pour éviter qu'il vienne heurter les obstacles placés sur celle-ci, tels que pierres ou objets quelconques, il est bon de laisser au-dessus de la voie un espace libre de 8 à 10 cm. On est obligé d'augmenter ce jeu dans les lignes à distribution superficielle pour laisser place aux frotteurs; les moteurs des voitures du tramway de Paris à Romaiuville sont ainsi à 0,15 m. au-dessus du niveau des rails. On peut du reste munir la carcasse du moteur d'un chasse-pierres, comme on l'a fait dans certains types américains.

Les dimensions du moteur sont limitées en hauteur par le diamètre des roues, discuté plus haut, en longueur par Técartement des essieux, qui ne dépasse pas en général 1,80 à 2 m., et enfin en largeur par Técartement des rails. On doit donc employer des types différents suivant la dimension de la voie ; par exemple le moteur G.E. 800, dit « de 25 chevaux », qui est le plus couramment employé par la General Electric Go., ne s'applique pas aux voies de 1 m. et au-dessous, tandis que le moteur G.E. 54, qui correspond à la même puissance, peut être employé aisément sur ces voies.

La voie de 1,00 m. est très peu favorable à ce point de vue pour un métropolitain, car elle ne permet pas de réaliser des locomotives puissantes comme celles qu'on peut inscrire sur une voie normale. Elle devrait être réservée aux tramways et aux chemins de fer secondaires; pour ceux-ci on a pu descendre jusqu'à 0,785 m. (réseau de la Haute-Silésie).

Lorsqu'on emploie deux moteurs par truck, leur forme extérieure peut être cylindrique ou rectangulaire ; si Ton se contente, au contraire, d'un seul aussi puissant que les deux précédents réunis.

on est conduit soit à lui donner une forme très aplatie (types Siemens, Eickemeyer, etc.), soit à disposer Tarbre du moteur parallèlement à la voie (type Sperry).

Enfin lorsqu*on veut multiplier beaucoup le nombre des moteurs, par exemple sur les locomotives puissantes, on est conduit à les faire très étroits et très hauts.

2° Préservation des organes. — La situation des moteurs les expose à la poussière, à la pluie, à la boue et à la neige ; s'ils n'étaient pas protégés convenablement^ non seulement la poussière encrasserait tous les organes et les engrenages dont elle amènerait rapidement Tusure, mais encore il serait à craindre que des éclats de bois ou de pierre, ou des pièces de fer attirées par les inducteurs, vinssent se loger entre les pièces polaires et Tarmature. Les effets de Thumidité sont plus graves encore au point de vue de la conservation des isolants ; en hiver, les bobines d'inducteurs mouillées par le contact de la neige seraient rapidement brûlées et mises hors de service.

Pour tous ces motifs, il est fort utile d'entourer les moteurs d'une enveloppe protectrice qui les mette à l'abri de la poussière et des intempéries, et d'enfermer les engrenages dans une boite à huile étanche, comme nous l'avons indiqué plus haut.

Il faut en outre empêcher rhuile des paliers de pénétrer le long de Tarbre dans Tintérieur du moteur, où elle peut amener des courts circuits, notamment entre les lames du collecteur. Dans ce but, on doit recueillir cette huile par une gouttière munie d'un bon orifice d'évacuation ; dans la plupart des types américains, on met pour ce motif les paliers en dehors du moteur (fig* 123); un large évent placé à la partie inférieure empêche absolument toute introduction d'huile dans l'intérieur de la cuirasse.

Fig. 123. — Enveloppe et paliers des moteurs Walker. A, coussinet. — 0, éfeut. — B, goupille retenant le coussinet.

3*^ Accessibilité et remplacement facile des organes. — Bien que

les chances d'avaries aient bien diminué, il n*en est pas moins nécessaire de pouvoir très facilement visiter toutes les parties du moteur et remplacer les organes détériorés, bobines inductrices ou armature ; c'est là une condition essentielle pour une bonne exploitation. On doit y satisfaire par une disposition convenable du bâti et de Tenveloppe du moteur.

Les balais et le collecteur, qui sont les organes les plus délicats, doivent pouvoir être inspectés, même pendant la marche, de Tin-

Klévation.

Plan.

Fig. 124. — Disposition des trappes d'une voiture de tramway pour la visite et le démontage des moteurs (matériel Walker.)

térieur de la voiture, par des trappes pratiquées dans le plancher (fig. 124). Un collecteur à 500 volts demande en eiïet un entretien soigné, et il faut qu'on puisse le nettoyer fréquemment et remplacer les balais lorsqu'il en est besoin ; ce changement doit pouvoir se faire en quelques minutes, de façon à ne pas impatienter le public si un accident se produit en service.

En cas d*avarie, Tarmature et les bobines doivent être faciles à démonter et à remplacer. Le démontage se fait ordinairement sur fosse dans les remises. Si l'on ne dispose pas de cette ressource ni d'un pont roulant, il est bon de construire le moteur de façon à pouvoir opérer autrement, et retirer les pièces par les trappes.

Fig. 12d. — Induit Walker à arbre creux.

Dans tous les cas, on doit faire en sorte que les bobines de champ puissent être remplacées très rapidement sans qu'il soit nécessaire de démonter l'armature.

Pour faciliter le remplacement des organes détériorés, il est absolument nécessaire qu'ils soient tous construits par séries et parfaitement interchangeables ; les bobines et les armatures doivent être approvisionnées en nombre suffisant pour parer à toute éventualité. Pour faciliter les changements d'arbre de l'induit, les bons constructeurs ont même soin de monter leurs armatures en tambour sur un arbre creux A (fîg. 125) qu'on enfile sur l'arbre plein B; une simple bague 0, qu'on visse sur une portée taraudée, permet de solidariser les deux arbres et de maintenir l'induit en place.

La rapidité des réparations étant une condition capitale pour la bonne utilisation du matériel, le meilleur moteur pour un exploitant est celui qui se prête le mieux à la visite de tous ses organes et dont le démontage est le plus rapide. Il en est de même pour les engrenages ; leurs roues d'essieu doivent être en deux pièces pour permettre de les retirer facilement*

4® Solidité et résistance aux conditions cTemploi. — Il va sans dire que la construction doit être particulièrement robuste. Les deux causes de détérioration qui sont le plus à craindre, à des points de vue divers, sont les efforts mécaniques et les trépidations (surtout dans les moteurs à suspension imparfaitement élastique).

On aura une bonne idée de ces efforts en remarquant qu'un fil de 1 m. soumis à un champ de 10000 c. g. s. ou i maxwell par m^, (chiffre qu'on atteint dans la pratique des tramways) et parcouru par un courantde 1 amp, est soumis à une force de 0,12 kg. Les fils des moteurs de tramways supportent ainsi des efforts tangentiels de plusieurs kilogrammes en régime normal, et ces efforts sont encore exagérés au démarrage et au moment des à-coup qui se produisent à tous les changements de vitesse.

Pour résister à ces efforts mécaniques et aux trépidations, le moteur doit être construit avec des soins particuliers, Tinduit bien claveté; les fils doivent être entraînés par des saillies des tôles de Tinduit ou mieux logés dans des rainures et bien calés, de façon à ne pouvoir prendre de jeu ; les induits dentés sont aujourd'hui adoptés presque partout et présentent seuls les conditions qu'on est en droit d'exiger. Leur emploi est motivé plus par cette considération mécanique que par le désir de réduire Tentrefer. Les soudures des fils aux barres du collecteur doivent être faites avec un soin particulier; quelquefois, on a préféré employer des fils de connexion souples plutôt que des lames de cuivre, pour éviter des ruptures par changement de structure du métal. Enfin les arbres et les paliers doivent être très robustes, et la lubrification de ceux-ci doit être parfaitement assurée.

5® Préservation de l'humidité. — L'emploi d'enveloppes étanches n'est pas suffisant ; pour être à l'épreuve de Thumidité, les bobinages doivent tous présenter un isolement supérieur, comme s'il s'agissait de machines à haute tension. Aussi les essaye-t-on dans les ateliers à l'aide de courants alternatifs à la tension de 2 000 à 5 000 volts, le fil de la bobine étant relié à l'un des pôles et le noyau de fer doux à l'autre ; il ne doit se produire aucune rupture d'isolant. Tous les enroulements inducteurs et induits doivent être soigneusement séchés à l'étuve après la fabrication, ainsi qu'après toute réparation.

GonditionB qui influent sur les dispositions électriques. — Ces conditions sont assez nombreuses et complexes, et quelques-unes sont particulièrement difficiles à remplir.

1® Faible poids et faible vitesse. — Il n'est pas besoin de revenir sur l'utilité des faibles vitesses, ni d'insister sur la nécessité de réduire le poids au minimum, pour diminuer non seulement le poids mort, mais encore le prix d'achat ; les frais d'installation et d'entretien de la voie sont aussi fonction du poids du moteur.

La difficulté est de concilier ces deux conditions, c'est-à-dire de construire un moteur à marche suffisamment lente, ayant une grande puissance spécifique. Pour se rapprocher autant que pos-

io8 LA TRACTION ÉLECTRIQUE

sible dn résultat cherché, on doit utiliser chaque partie, chaque organe au maximum.

a). Cela conduit tout d'abord à employer les meilleurs matériaux comme fer et comme cuivre. L'induit doit être en tôle la plus douce possible et bien recuite ' , et les inducteurs en métal très perméable. L'acier doux présente à ce point de vue une véritable supériorité sur tous les autres matériaux : aussi perméable que le fer forgé, il se coule facilement suivant les formes les plus compliquées.

Pour bien utiliser le métal des inducteurs, on le sature à pleine charge, tout en évitant les fuites magnétiques ' : dans ce but, on doit employer des circuits magnétiques courts et peu résistants, et placer les bobines inductrices sur des pôles radiaux^ à proximité immédiate de Tarmature, en leur faisant même entourer celle-ci autant que possible. Enfin on peut donner à Tentrefer la valeur qu'on veut par l'emploi d'induits dentés ; il y a avantage à ce qu'il soit faible, pour réduire les fuites, sans toutefois descendre au dessous de 3 mm, de peur que l'usure des coussinets n'amène l'armature au contact des pièces polaires.

b). Il faut en outre donner à l'induit la plus grande vitesse tangentielle compatible avec la vitesse angulaire donnée.

On sait, en elTet, que, lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique, la force électromotrice induite dont il est le siège, et par suite le travail qu'il produit, sont d'autant plus grands que la vitesse de déplacement est plus grande. Les fils utiles de l'armature étant tous sur la périphérie, on obtient donc, à nombre de fils égal, la plus grande puissance possible en réalisant la plus grande vitesse tangentielle possible, sans dépasser une certaine limite imposée par la résistance des matériaux et la solidité du frettage en présence de la force centrifuge.

On ne peut pas toujours atteindre cette limite pour les moteurs

1 Pour éviter la place perdue, on n'isole pas, en Amérique, les tôles par du papier, mais simplement par une mince couche d'oxyde obtenue en les passant au four.

* Les fuites magnétiques présenteraient du reste un inconTcnient grave, celui d*agir à Textcrieur et d'attirer de menus objets en fer tels que clous, aiguilles, plumes, jusque dans l'entrefer où leur présence amènerait des avaries. Les types cuirassés présentent à ce point de vue un grand avantage, car s'il y a des fuites, elles n'ont en tout cas aucune action à l'extérieur.

de tramways, car leur vitesse angulaire est fixée par les conditions de l'exploitation y tandis que le diamètre de Tarmature est limité par remplacement dont on dispose. Pour les moteurs de tramways à simple réduction, qui tournent à 400 ou 500 tours et dont le diamètre d'induit ne dépasse pas d'ordinaire 0,40 m., la vitesse tangentielle n'est pas supérieure à 10 m. par seconde, tandis que la limite pour les induits dentés peut atteindre 25 m. (p. 139).

On peut donc recommander, en général, sauf sur les chemins de fer à grande vitesse, lorsqu'on n'y emploie pas des moteurs sans réduction, de donner aux armatures le plus grand diamètre possible.

c). Enfin on a pu réduire le poids du fer par l'emploi de types multipolaires.

Considérons un induit donné, dans les fils duquel passera normalement un courant L Soit N le nombre total de ces fils, n le nombre de tours par seconde de l'induit supposé constant. Employons d'abord des inducteurs bipolaires et soit O le flux admis dans l'armature ; la force électromotrice induite dans l'armature a, comme on le sait, pour valeur

E = Nn*.

I étant le courant total de Yarniature, la puissance que peut

fournir le moteur est

Remplaçons ce système inducteur par un système k2 p pôles, émettant chacun un flux <>'.

Le courant dans chaque fil restant le même que précédemment, la puissance a pour nouvelle valeur

Pour avoir la même puissance il suffit donc de prendre

c'est-à-dire que dans la machine multipolaire le flux, et par suite la section du fer inducteur et celle du fer induit, peuvent être réduits dans le rapport --.Lemoteurse trouve ainsi considérablementallégé; mais, au lieu de deux bobines inductrices, il en faudra 2 jd, ayant

même nombre de toars de fil que les premières. La difficulté de les loger et le nombre des touches au collecteur limitent le nombre de pôles ; on ne peut guère en pratique dépasser 4 ou 6.

La forme multipolaire a en outre lavantage de réduire la largeur de chaque pièce polaire et, par suite, la réaction d'induit, qui en est fonction.

Si elle a tardé à être adoptée, c*est que Femploi du fer foi^é pour les inducteurs permettait difficilement de la réaliser; c'est seulement l'introduction de Tacier doux fondu dans l'industrie de la dynamo qui a permis d'arriver aux types actuels, à inducteurs multipolaires et complètement fermés.

2** Conservation du collecteur. — Le collecteur est l'organe délicat des dynamos en général et des moteurs de tramways plus particulièrement. Lorsqu'un commutateur est dégradé par les étincelles, il faut enlever Tinduit et donner un coup de tour au collecteur. Au bout d'un certain temps, celui-ci est usé et doit être remplacé, opération délicate et dispendieuse.

C'était donc une question vitale pour la traction électrique que de supprimer les étincelles, sans recourir au procédé ordinaire du décalage des balais, auquel les continuels changements de régime ne pouvaient permettre de songer.

Il fallait du reste renoncer au décalage pour pouvoir faire marcher à volonté les voitures dans un sens ou dans l'autre ^

On y est arrivé par les moyens suivants :

a) Grand nombre de touches au collecteur. — On n'admet pas moins de 85 à 90 touches au collecteur pour un induit tétrapolaire à 500 volts, et on a avantage à dépasser ce chiffre. Les artifices de bobinage indiqués plus loin permettent de le faire sans trop multiplier les sections de l'induit.

b) Emploi de balais en charbon. — Edison avait employé dans ses moteurs de tramways un moyen ingénieux consistant à relier les

^ Dans le cas, fort rare heureosement, où Ton emploie encore pour la traction électrique le Tieux type de yoiture à un seul sens de marche, la même obligation ne s^impose pas. On peut alors donner aux balais un décalage moyen en avant dans le sens de la rotation (solution adoptée, par exemple, sur la ligne de Paris k RomainvUle):

Mais lorsqu'on fait usage des moteurs comme freins, ce décalage donne lieu k des gerbes d'étincelles.

extrémités des sections au collecteur, &on par des lames de cuivre, mais par des fils de maillechort assez résistants : lorsque les deux touches auxquelles aboutissent les extrémités d'une section sont mises en contact par le balai, la résistance du court circuit formé comprend non seulement la section, mais les deux fils de maillechort; le courant qui s'établit ne peut donc prendre qu*une valeur relativement très réduite. Ce dispositif a donné de bons résultats, mais il est assez compliqué et réduit un peu le rendement. Aujourd'hui, on arrive au même résultat plus simplement par remploi de balais en char bon y qui, grâce à leur résistance spécifique beaucoup plus grande que celle des balais en cuivre, réduisent l'intensité du courant qui les parcourt transversalement entre deux touches du collecteur pendant la mise hors circuit de la section qui aboutit à ces deux touches. L'usure du métal se trouve réduite d'ailleurs par le fait que Tétincelle se forme en grande partie aux dépens du charbon.

c). Faible rapport de la réaction d'induit à l'excitation des induc^ teurs. — L'emploi des balais en charbon ne peut suffire à prévenir les effets destructifs des étincelles que si la ligne neutre, c'est-àdire la direction suivant laquelle une spire de l'induit n'est le siège d'aucune force électromotrice, reste à peu près invariable à tous les régimes. On sait que les spires de l'induit parcourues par le courant utile produisent un flux de réaction transversal' qui déplace la ligne neutre de quantités croissantes avec le courant.

Pour réduire ce déplacement au minimum et éviter les crachements aux balais, môme lorsque le courant dépasse sa valeur normale, il faut, toutes choses égales d'ailleurs, mettre le moins d'ampères-tours possible sur l'armature relativement au flux inducteur ; comme on ne peut les réduire sans perdre de la puissance, on est conduit à renforcer autant que possible les ampères-tours inducteurs, soit en augmentant en même temps l'entrefer, soit en saturant le fer du circuit magnétique ; cette dernière solution est celle qu'on emploie en général de préférence pour éviter de trop grandes fuites magnétiques.

> Il n'y a à considérer ici qu'un flux transversal, parce que, les balais restant calés à la ligne neutre, il ne peut se produire de réaction longitudinale.

i62 LA TRACTION ÉLECTRIQUE

Dans les moteurs américains létrapolaires à induit en tambour, les inductions magnétiques atteignent, d'après M. Dawson^ en régime normal,

12 à 13 000 unités c. g. ê, dans le fer de Tarmature, 9 à 10 000 *— dans Tentrefer,

15 à 16 000 — dans le fer inducteur.

Le champ dans Tentrefer est, dans ces conditions, notablement supérieur à ceux admis ordinairement. Dans les induits en anneau, on le porte à 15000 ou 16000 c. g. s.

Dans les moteurs bipolaires, ces chiffres peuvent être notablement dépassés, grâce à Temploi de bobines inductrices du genre Eickemeyer entourant Tinduit, car alors les fuites magnétiques ne réduisent le flux que dans Tinducteur, ce qui est un avantage au lieu d'être un inconvénient. Par exemple, un moteur de 25 chevaux de la maison Kummer' travaille au moment du démarrage à rinduction de 23 000 c. g. s. dans Tinduit, ce qui correspondrait à 24 000 dans l'inducteur si les fuites ne réduisaient ce dernier chiffre. Il est évident que des valeurs aussi élevées sont exagérées et réduisent beaucoup le rendement; on les évite par remploi du moteur à quatre pôles.

On peut se faire une idée pratique sommaire des conditions à réaliser au point de vue de la réaction d'induit en comparant, dans un type éprouvé, le chiffre des ampères-tours totaux de l'induit (produit du nombre de spires par pôle par la moitié du courant normal qui entre dans Tarmature) à celui des ampères-tours correspondants, en moyenne, sur chaque pôle inducteur.

Par exemple, dans le moteur américain G.E. 800 à 4 spires par encoche, ce rapport est seulement

T ïôî = ^'^^

l'entrefer étant de 3 mm. et l'induction dans celui-ci de 9 à 10 000 c. g. s. ; dans le moteur G.E. 1.000, ce rapport est

* Electric Traction. Engineering , 1895.

* D'après M. Fischinger, Elektrot, Zeitsch., 2 avril 1896.

Noua rappellerons, et on le voit du reste ici directement, qu'à flux égal il y a grand intérêt à réduire le développement périphérique des pièces polaires, et qu'à puissance égale les machines multipolaires ont moins de réaction d'induit que les machmes bipolaires.

Un procédé accessoire excellent et très employé aujourd'hui pour réduire la réaction d'induit conoiste à couper les pâles inducteurs en leur milieu ', comme le montre la figure 126, de façon à opposer une forte réluctance au flux transversal sans gêner en rien le flux priacipal ; on peut ainsi doubler „,„.,. i ■ j

V ' r Pig^ 128 Moteur à inducteur» coupéa.

sensiblement le nombre des

ampères-tours sur l'induit. Ce dispositif, qui pourrait peut-être permettre de réduire encore les bobines excitatrices, vient d'être appliqué & la traction par M. E. Labour'.

3° Bonne conservation des enroulements inducteurs. — On a vu plus baut comment celle-ci est assurée par une protection et un isolement soignés ; les enroulements sont en outre recouverts d'une couverture imperméable, car l'étanchéité de l'enveloppe n'est pas toujours assurée et des condensations de vapeur s'y produisent.

Il faut ajouter que cette considération de conservation peut justifler dans une certaine mesure l'emploi de l'excitation en série de préférence à l'excitation en dérivation, et cela pour deux motifs.

D'une part, l'isolement est beaucoup plus difficile à réaliser et à maintenir pour un enroulement en dérivation, entre les extrémités duquel existe la différence de potentiel maxima (500 volts ordinairement), que pour un enroulement en série, où cette difl'érence atteint seulement quelques dizaines de volts et qu'on a soin de relier toujours au pôle communiquant à la terre.

D'autre part, le lîl d'un enroulement en dérivation est forcément de faible section et par suite fragile; il peut donc se produire des

■ Nous ne parlons pas des autres artifices préconisés pour réduire la réaclion d'induit, parce qu'ils na nous paraissent pas pratiques pour une application de ce genre. ' Dans les moteurs de traction de la Sociclc ■ l'Eclairage Electrique ■.

ruptures aux points d'attache , qui mettent momentanément le moteur hors de service.

Enfin il est assez difficile de loger Tenroulement, qui est plus volumineux qu'avec les bobines à gros iSl.

4** Grande élasticité de régime. — Les moteurs doivent, dans les circonstances ordinaires, se prêter aux régimes les plus variés de vitesse et de puissance : suivant la charge et les accidents du profil en long, l'effort nécessaire et par suite le courant varient dans des limites extraordinairement étendues. On doit donc, tout en proportionnant la puissance normale du moteur à Teffort moyen, mettre l'appareil en état de fournir un effort bien supérieur pendant un certain temps, sans subir de détérioration mécanique, sans présenter d*échauffement dangereux, ce qui exige l'emploi de faibles densités de courants et de cuivre de haute conductibilité, et sans cracher aux balais, ce qui exige les champs intenses indiqués plus haut.

On admet en général une densité de courant de S à6 ampères par mm' dans l'induit, et elle peut être portée à 10 ou 12 ampères au moment du démarrage. Quant le courant devient plus intense et si les bobines sont excitées en série, il faut, pour ne pas trop les échauffer, changer leur mode de groupement ou les shunter par une dérivation extérieure, comme on le verra plus loin. La question de réchauffement est d'ailleurs singulièrement plus difficile avec les types de moteurs de traction complètement enfermés, qu'avec les moteurs industriels ordinaires jouissant d'une excellente ventilation. Aussi recourt-on à l'emploi d'isolants capables de résister à une haute température : les sections de l'induit sont entourées d'amiante, puis de cuivre et d'un ruban. Les bobines inductrices sont elles-mêmes recouvertes d'amiante sous leur enveloppe imperméable.

On admet qu'un bon moteur doit pouvoir marcher plusieurs heures à son régime normal sans s'échauffer de plus de 40 à SO'' et supporter pendant une heure une surcharge de 50 p. 100 sans risquer de brûler l'isolant et sans endommager le collecteur.

C'est ce régime forcé que les constructeurs prennent en général comme base d'évaluation de la puissance de leurs moteurs. Pour

celui-ci, l'élévation de température des enroulements peut atteindre 70 à 90^ centigrades, grâce aux isolants très résistants auxquels nous venons de faire allusion.

On peut apprécier réchauffement par raccroissement relatif de résistance intérieure du moteur, à l'aide de la relation connue

•^ = 0,0039 It

Les bons constructeurs européens admettent comme limite maxima en régime permanent une augmentation de résistance de 30 p. 100 ; les moteurs de la compagnie de Fives-Lille, par exemple, sont établis d'après cette règle. Les constructeurs américains dépassent ce chiffre, et leurs moteurs présentent souvent aux régimes de puissance nominaux des élévations de température de 100 degrés dans les bobines d'inducteurs, donnant lieu à 40 p. 100 d'accroissement de leur résistance.

Pour la surface rayonnante nécessaire au refroidissement, on peut adopter, avec une sufHsante approximation, les chiffres donnés par Kapp^ pour des transformateurs enfermés dans une enveloppe de fonte ; la courbe de la figure 127 donne, pour chaque valeur de réchauffement A/, la surface S nécessaire pour dissiper un certain nombre de watts W correspondant à la perte d'énergie dont le moteur est le siège ; en admettant un échauffement de 80 degrés, on arrive ainsi pour les inducteurs à une surface nécessaire de 15 à 20 centimètres carrés par watt >.

Pendant de courts instants de surcharge, on est obligé d'admettre un dégagement de chaleur bien supérieur encore et qui, pour les démarrages, peut atteindre six à sept fois la valeur normale. On réduit l'augmentation de courant nécessaire à ce régime exceptionnel en faisant travailler les inducteurs en temps normal au-dessous de la saturation, de façon que le champ soit renforcé en même temps que le courant ; on admet, dans les moteurs actuels bien construits, qu'il doit pouvoir être à peu près doublé.

s; JL

"^xii

60 cm.

Surface rayonnante par Watt perdu.

Fig. 127. — Courbe d*échauffement des moteurs clos.

* Les transformateurs^ p. 80.

' On comparera ces chiffres à ceux donnés par les formules d'Esson pour les moteurs ouverts :

pour les inducteurs pour les induits.

Le moyen le plus simple de satisfaire à ces exigences est en définitive de recourir à des types plus puissants que ne Texige Teffort moyen de traction, et c'est ce qui explique pourquoi Ton met deux appareils de grande puissance, représentant à eux deux jusqu'à 30 chev. et pouvant en produire momentanément 50, sur une simple voiture de tramway semblable à celles que traînent à Paris 2 ou 3 percherons. Mais, dans ces conditions, on augmente beaucoup le poids mort, et, d'autre part, il devient très difficile de réaliser un bon rendement aux charges moyennes.

Plusieurs bons constructeurs préfèrent augmenter le refroidisse-

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so.

> co.

qj 50.

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