BOBINES

le fil de sortie (noir).

le fil d'entrée (blanc).

Pour les induits bobinés en tambour, le principe reste le même, mais les bobines sont posées & plat : la première occupe par exemple les encoches 1 et m -f- 1, la seconde les encoches 2 et m -|- ^> etc.; les encoches doivent donc être un nombre double de celui des bobines (fîg. 151) ou contenir deux systèmes de bobines superposées (fîg. 152).

C'est suivant cette seconde méthode qu*on exécute en général les induits de moteurs de traction et Ton donne alors aux bobines extérieures des dimensions plus grandes qu'aux bobines intérieures. On commence par placer celles-ci et on recouvre leurs extrémités d'une toile isolante ; puis on les connecte et on recouvre les connexions ; enfin on place la deuxième série, on la connecte, on recouvre et on frette le tout.

Au point de vue des connexions, les bobines sont groupées exactement comme les bobines d'un anneau ; on adopte ordinairement le bobinage en série, exécuté suivant le schéma de la figure, où il y a autant d'encoches que de barres de collecteur.

Soit par exemple un induit-tambour à 95 encoches, comme l'ancien Westinghouse numéro 3 ; on prendra 47 bobines petites et 48 grandes. La première des petites sera placée avec son fil d'entrée (blanc) dans l'encoche numéro 1 et son fil de sortie (noir) dans l'encoche 25, la seconde dans les encoches 2 et 26, et ainsi de suite, la 47» dans les encoches 71 et 95, l'encoche 72 restant vide. Après empaquetage de cette première couche, on dispose la seconde, formée des grandes bobines ; la première est placée dans les encoches 72 (au fond) et 1 (en haut), la suivante en haut des encoches 73 et 2, etc. ; enfin la 48« dans les encoches 48 et 72, ce qui achève le remplissage*

Pour donner de la symétrie aux connexions, on reliera le fil de sortie de

la bobine numéro 1 à la barre placée au droit de la 12* encoche comptée dans le sens dextrosum à partir de l'encoche de sortie, ou de la 24* à partir de Tencoche médiane ; et on reliera le fil de sortie à la barre symétrique de la précédente par rapport à la bobine. Une fois toutes les bobines de la première couche ainsi connectées, on continue par celles de la seconde considérées comme diamétralement opposées aux précédentes.

Le tableau de connexion est, du reste, le même exactement que le tableau II correspondant à Tenroulement en anneau, si Ton suppose le numérotage de la

première colonne appliqué ici aux bobines plates ; si on préfère l'appliquer

1 4- 25 aux rainures contenant les fils d'entrée, il faudra ajouter — ^ " = 13 à

tous les chiffre;^ du tableau II.

Tous ces bobinages sont très simples et faciles à reproduire.

Une fois les connexions bien repérées, on soude soigneusement les fils aux queues des barres de collecteur préparées ad hoc.

Les dispositions précédentes exigent pour les induits, en anneau aussi bien qu'en tambour, un nombre de bobines égal à celui des touches du collecteur et les balais mettent toujours deux bobines à la fois en court circuit, ce qui est désavantageux. On peut n'en commuter qu'une à la fois et doubler le nombre de barres au collecteur en adoptant un autre mode de connexions, représenté pour l'induit en anneau par la figure 154 ; les connexions entre bobines restent les mêmes que sur la figure 153, mais chacune est pourvue de deux touches de collecteur au lieu d'une. Quand le balai est sur la touche 1 seule, le courant passe ainsi successivement par la touche i, la bobine 6, la bobine Ik, la touche 14 et la touche 3, la bobine cd, etc.. ; quand le balai est à cheval sur les touches 1 et 2, il met en court circuit seulement la bobine 6, et quand il est sur 2 et 3, seulement la bobine Ik.

Ce bobinage est employé par la compagnie de Fives-Lille, et lui permet de réduire à 67 le nombre des sections. Il s'applique également aux induits en tambour. Le seul inconvénient qu'il présente, c'est d'exiger des fourches de connexion supplémentaires en plus des connexions directes avec le collecteur; aussi n'est-il pas appliqué en Amérique.

La compagnie Westinghouse emploie dans ses derniers moteurs un autre procédé pour simplifier les induits en tambour. Elle place dans chaque encoche deux paires de bobines au lieu d'une, chaque paire étant enfermée dans une enveloppe unique. Cette disposition permet de réduire de moitié le nombre des encoches, en traitant les deux bobines d'une même paire comme deux bobines successives ; mais il faut avoir soin de mettre hors circuit dans chaque induit une des bobines, qui ne sert plus que de remplissage mécanique.

Par exemple, dans les moteurs ordinaires du type 12 A, dont les noyaux sont munis de 47 encoches, on a

chaque paire d'encoches contenant 4 bobines, il y en a une de trop ; on la garde seulement pour équilibrer l'armature, et on isole ses extrémités.

Dans les anciens induits, les deux paires de bobines appartenaient respectivement à deux couches dilTérentes; dans le numéro 12 A, au contraire, on fait

chevauclier les bobioes de façon que chacune ail un long cAlé au fond d'aae encoche et l'autre côté au haut de l'autre encoche. Cette disposition permet de n'employer qu'une seule espèce de bobines aulieu de deux pour l'armature elles réparations s'en trouvent beaucoup facilitées.

Les bobinages d'induits hexapolaires s'eiécutenl d'après des principes analogues avec symétrie tertiaire. Ib sont si peu répandus qu'il est inutile d'y insister ici.

Collecteurs. — Le collecteur reste la partie faible du moteur et sa durée est très limitée. Il est sujet à plusieurs causes de dégradation ; la poussière de charbon, l'humidité, l'huile de graissage peuvent déterminer des courts-circuits entre les segments. On doit éviter surtout que l'huile de graissage puisse, en cheminant le long de l'arbre, pénétrer sous les lames du collecteur; en outre, il faut rendre le démontage fecîle en vue des réparations. Les points les plus délicats sont les soudures des barres aux fils de l'induit. Fig. iss. — Dîspoùtîon générale d'un

r c i uu ■ j- I j collecteur pour moteur de traction.

La ijgure iao mdique le mode de construction d'un collecteur bien établi, retenu par une seule pièce en forme de cône. Les lames sont en cuivre dur ; les constructeurs américains fournissent des séries complètes de segments prêts pour les soudures et de lames isolantes taillées k la forme voulue (Gg. 156).

Les balais en charbon, que beaucoup de compagnies emploient cuivrés à la surface, coulissent dans des gaines en cuivre formant porte-balais ; ils sont appuyés par des ressorts normalement au collecteur; les figures 157 et 138 donnent des exemples ancien et récent de ces porte-balais. Ceux-ci sont fixés à la carcasse inductrice, plutôt qu'au couvercle amovible.

Pour que la résistance de ces balais ne réduise pas l'intensité du courant principal et par suite le rendement, on les serre dans des gaines en cuivre qui viennent jusqu'à une faibledistance du collecteur. Les balais en charbon graphité de MM. Girard et Street, qui

présentent une conductibilité deux fois plus grande environ que

celle des charbons ordinaires, permettent d'employer des densités

Fie. 159- — Segment i

coUmeur (moteur B&1<1. "»■ "*^oie^"wMu"gh;oTn"3?'''' ""

Kin-Weslingbouse). "

de courant supérieures et de réduire en conséquence la section des balais et des collecteurs.

En pratique, il faut à un balai en charbon 10 a 20 mm* de surface

Fig. \hi. — Détails d'un porte-balais (moteur d'Oerlikon, avec p&lea i^ 15°).

frottante par ampère de courant à débiter, au lieu de i mm* seulement pour un balai de cuivre ; les balais graphités n'exigent que 5 à 10 ram' par ampère.

Les balais en charbon présentent un second avantage très îm-

MOTEtinS DE TnACTlON 185

portant : c'est qu'ils polissent le collecteur, au lieu de le rayer

comme les balais métalliques ; pour favoriser cet utile efTet, on les forme d'une pâte spéciale, difTérant notablement

de celle des charbons à lu- -é

mière ; les crayons graphités f

sont excellents & ce point de ^

vue, à condition qu'ils ne S.

contiennent pas trop de gra- g

phite, car celui-ci est très %

friable. S

La pression des balais dans »

les moteurs de traction oe ^

doit pas être inférieure à 2S0 J

ou 300 grammes par cm^ |

Puissance et rendement |

des moteuTB. — La puis- s

sance des unités courantes .g

pour les voitures automo- 'S

biles varie aujourd'hui de- g

puis 15 ou 20 chev. jusqu'à S

100 chev., à la vitesse ré- f

duite de 16 km. La ligure |

159 donne une bonne idée i"

des proportions relatives de .

moteurs offrant une série ■§

complète de puissances gra- |

duées entre ces limites pour ^

des automobiles k voie nor- ^

maie. '^

Sur les grandes voitures E de chemins de fer, qui sont montées sur des trucks plus

élevés que ceux des voitures de tramways, on peut développer dans le sens vertical les dimensions des inducteurs , en même temps qu'on augmente le diamètre de l'induit et qu'on place

Tarbre à un niveau supérieur à celui de lessieu. Pour réaliser les grandes puissances nécessaires à ces voitures, on laisse dans la carcasse de larges ouvertures qui permettent dans les fils remploi de densités de courant élevées, sans présenter d'inconvénient sensible pour des moteurs circulant sur plate-forme séparée. Grâce aux vitesses plus grandes réalisées sur les chemins de fer, les mêmes moteurs peuvent y développer des puissances bien supérieures à celles qu'ils donnent sur des tramways; les puissances courantes des unités sont 50, 100 et 200 chev.

Courant en ampères. "

Fig. 160. — Répartition des pertes relatives sous les diverses charges dans un

moteur de tramway. — Moteur G. E. 1000.

Les rendements à pleine charge vont en augmentant avec la puissance des moteurs : ils croissent de 80 p. 100 (engrenages compris) pour ceux de 25 chev. à 90 p. 100 pour ceux de 200 chev. Les rendements moyens varient dans la même proportion.

La figure 160, qui résume les résultats d'essais effectués au laboratoire de la General Electric Co. sur le moteur G. E. 1 000, indique comment les pertes se répartissent dans un bon moteur au régime de pleine charge, qui est ici 40 amp. : 5 p. 100 pour les frottements des paliers et des engrenages, 4 p. 100 pour Thystérésis et les courants de Foucault dans Finduit, 3 p. 100 pour Teffet Joule dans l'induit, 4 p. 100 dans l'inducteur, soit en tout 16 p. 100.

En pratique, pour les tramways, on ne doit pas compter sur plus de 0,75 à 0,80 de rendement total en pleine charge, par suite de Tusure des engrenages qui augmente les frottements.

Les variations de charge modifient la répartition des pertes plus que leur valeur totale relative, qui, comme le montre la figure 160, reste constante entre des limites assez éloignées.

Comme on le verra mieux au chapitre de la Traction , la véritable constante caractéristique d*un moteur n'est pas sa puissance, qui dépend essentiellement de sa vitesse et, par suite, de celle des voitures et du diamètre des roues, mais bien son couple moteur normal, qui est fonction simplement du flux magnétique inducteur et de la section totale des fiis de cuivre que Tinduit peut porter.

Le même couple moteur peut être redise avec des vitesses différentes, suivant qu'on répartit celle section totale en un nombre plus ou moins grand de spires.

Deux cas sont donc à distinguer, croyons-nous, pour la définition industrielle d'un moteur de traclion, suivant que la vitesse en est ou non limitée par des considérations étrangères à la construction :

1^ Dans le cas des moteurs de tramways ordinaires et dans celui des moteurs < gearless » de chemins de fer, la vitesse est limitée par celle des voitures, comme on la vu (p. 105 et 138), à des valeurs inférieures à la limite imposée par la force centrifuge ; la puissance qu'on fait produire à l'appareil n'est qu'une fraction de sa puissance industrielle.

Le moteur ne peut donc être défini que par une seule constante, son couple moteur mesuré sur l'arbre.

Quant au couple sur Tessieu, il dépend du coefficient de réduction des engrenages et est inversement proportionnel à celui-ci, toutes choses égales d'ailleurs. Pour tirer le meilleur parti d'un moteur, on doit donc employer des engrenages ayant un coefficient aussi réduit que possible.

2^ Au contraire, les moteurs de chemins de fer atteignent aisément, comme le montre le tableau de la page 139, la vitesse limite et la dépasseraient même si l'on ne réduisait la difTérence entre les vitesses du moteur et de Tessieu par le choix du coefficient de réduction.

Dans ces conditions, on utilise bien effectivement la puissance industrielle du moteur et celle-ci peut par conséquent servir à le définir au point de vue de la traction ; cependant, même dans ce cas, il est plus avantageux pour définition d'indiquer son couple maximum et sa vitesse maxima en nombre de tours par minute.

Nous n'avons pu faire connaître ces deux facteurs dans les renseignements monographiques que nous donnons dans le paragraphe 3 qu'autant que nous avons pu obtenir des constructeurs les éléments suffisants pour en déduire la valeur du couple.

Ce couple se mesure par le moment dé l'effort produit à la jante des roues, en tenant compte de la réduction des engrenages, ou par la puissance du moteur, en tenant compte de la vitesse correspondante. Soit :

F Teffort de traclion normal à la jante des roues, en kilogrammes ;

n la vitesse correspondante du moteur, en tours par minute ;

P la puissance normale développée à la jante, en chevaux ;

R le rayon des roues, en mètres ;

m le rapport du nombre de dents de la roue à celui du pignon ;

C le couple moteur utilisé à la périphérie du pignon, en kilogrammctres.

La valeur de C est donnée par Tune ou l'autre des deux expressions suivantes :

Par exemple, un moteur, ordinaire de tramway, qui réalise à la jante de roues de 0,84 m. de diamètre un effort de 360 kg. avec un coefficient de réduction de 4,8, donne un couple utile , engrenages compris, de ^

0,42 X 360 ,, „ , ^^ = 31,5 kgm.

Si Ton admet une perte d'énergie de 5 p. 100 dans les engrenages, le couple correspondant sur l'arbre du moteur est

Un des moteurs américains les plus puissants pour grandes

automobiles, à notre connaissance, le moteur Walker n^ 20, donne environ 300 kgm. Les moteurs de locomotives peuvent atteindre des puissances encore plus élevées; ceux des locomotives du Baltimore and Ohio Railroad (voir ch. vu), qui pèsent 13 tonnes, développent normalement 350 chev. à 120 tours, d'où un couple

^ 717x350 ^.„, G = ^ = 2090 kgm.

soit 2000 kilogrammètres en nombre rond.

Poids et prix. — D'après ce qui précède, on voit que les prix et les poids doivent être rapportés suivant les cas aux couples ou aux puissances maxima des moteurs ; les valeurs les plus intéressantes sont celles rapportées au kilogrammètre de couple.

Les poids sont un peu variables suivant les constructeurs; les moteurs de tramv^ays ordinaires à simple réduction, de 35 kgm. environ (en régime forcé), auxquels nous venons de faire allusion, pèsent en général, avec leurs engrenages, 800 à 1000 kg. S soit 23 à 30 kg. par kilogrammètre, ou 2 à 3 kg. par kilogramme d'effort à la jante d'une roue de 0,80 m., dans l'hypothèse d'un coefficient de réduction voisin de 1/5.

Il est sage de compter seulement sur les chiffres les plus forts si l'on ne veut pas trop d'échauffement.

Pour les grands moteurs à simple réduction, qui ont une meilleure utilisation spécifique et qui sont mieux ventilés, le poids s'abaisse à 15 kg. environ par kilogrammètre.

Sur les chemins de fer, lorsqu'on atteint la vitesse périphérique de 20 à 25 mètres par seconde, le poids par cheval de puissance s'abaisse aux chiffres de 15 à 20 kg., et même au-dessous.

Le prix des moteurs de 800 à 1 000 kg. est compris en général entre 4 et 5 000 francs, soit 4 à 5 francs par kilogramme de poids

* On aura une idée des éléments dont se compose ce poids en analysant celui de 800 kilogrammes, en chifEres ronds, que pèse le moteur G. E. 800.

Induit avec son pignon 232 kg.

Bobines des indacleurs. 70 —

Carcasse en fonte 280 —

Boite des engrenages 4o —

Accessoires 24 —

Roue dentée iOO —

Soit pour le moteur entier 760 kg.

total, ou 100 à 130 francs par kilogrammètre de couple utile; ces

prix spéciBques doivent être abaissés pour les gros moteurs.

S; 3. — DEScnlPTlo^ de (jueloles moteurs

Pour préciser davantage les indications précédentes, nous donnerons la description sommaire des principaux matériels moteurs

Fig. 161. — Motour G. E. 800, ouvert.

américains et européens, ainsi que les dessins d'encombrement d'unités variées, allant de 25 à 200 chevaux ; ces données pourront être utilisées pour des avant-projets dans les castes plus divers. Pour faciliter les recherches, nous joindrons aux descriptions des principaux moteurs les courbes représentant leur fonctionoemeot, bien que l'étude de celui-ci ne trouve sa place qu'au chapitre Traction.