BOBINAGE EN TAMBOUR

Phase 1.

Phase 2.

Phase 3.

Pha.se 1.

Phase ».

Phase 3.

etc.

Il y a deux extrémités libres pour chaque circuit, soit 6 en tout, qui permettent de donner divers groupements aux enroulements, comme on le verra plus loin.

Le même moteur avec le même nombre d'encoches peut être transformé en moteur diphasé à trois encoches par phase sous chaque pôle ; le bobinage se fait alors de la manière suivante, en anneau par exemple :

l'« phase : + 1 + 2 + 3 — 7 — 8 — 9 + 13 + 14 + 15

2« phase : + 4 + 5 + 6 — 10 — 11 — 12 + 16 + 17 + 18

— 22 — 23 — 24, etc. ;

de même pour les enroulements en tambour. Il reste 4 extrémités libres au lieu de 6.

Cylindre intérieur. — Les mêmes modes de bobinage peuvent être appliqués

sans changement au cylindre intérieur, avec cette seule différence que les encoches sont disposées sur la surface extérieure du cylindre. Pour Tenroulement en tambour, les bobines Eickemeyer sont préférables.

Les connexions doivent être établies suivant les mêmes règles que pour le cylindre extérieur; on peut aussi conserver le bobinage étoile des moteurs à courant continu, en se contentant de supprimer le collecteur et de faire trois prises de courant à 120*> ; mais il y a forcément un pôle qui a une encoche en plus ou en moins des autres, ce qui entraine une certaine dissymétrie.

Pour le même motif, ce genre d*enroulement étoile n*est pas recommandable non plus pour le cylindre extérieur. Il a, du reste, Tinconvénient de ne pas permettre les changements de couplage des circuits.

Les bobinages des deux cylindres doivent avoir même nombre de pôles ; mais pour éviter la production de points morts, on doit choisir des nombres d*encoches différant entre eux le plus possible; si l'inducteur est diphasé, on trouvera avantage à faire l'induit triphasé et inversement. Par exemple, dans le moteur à 12 pôles considéré ci-dessus, on prendrait 4 ou 8 encoches par pôle, soit en tout 48 ou 96 encoches, puisque le nombre de pôles de Tinduit doit être forcément égal à celui de l'inducteur. Il faudra en outre avoir soin, si Ton emploie pour l'un d'eux des encoches ouvertes, de donner à l'autre des encoches fermées ou semi-fermées pour éviter d'étrangler le flux magnétique.

PKasel

Connexions des enroulements. — Les quatre ou les six extrémités libres des inducteurs di- ou triphasés doivent être reliées au réseau d'alimentation qui, dans les deux cas, comprend trois câbles. Pour les moteurs diphasés, on donnera aux deux enroulements Aj, A, (fig. 225) un retour commun les reliant aux rails; pour les moteurs triphasés, qui ont trois circuits Aj, A,, A3 (fig. 226), on a le choix entre le montage en étoile (fig. 226), dans lequel les extrémités de sortie

Fig. 225 — Connexions avec le réseau d*alimentation pour un moteur diphasé.

Fig. 226. — Connexions avec le reseau pour on moteur triphasé, montage en étoile.

Fig. 227. — Connexions du même moteur, montage en triangle.

A|» ^19 ^3 sont réunies en un point neutre où le courant de retour

rieur, on doit renoncer à la régulation en tandem ou par changement de couplage des bobines primaires, mais on peut alors bobiner rinduit extérieur en barres de cuivre massif S offrant sous un faible encombrement une grande section de cuivre favorable au rendement et parcourues par des courants d'assez faible tension pour rendre Tisolement très facile. Ce type de construction est Finverse de celui de la figure 215.

Pour les moteurs de chemin de fer, à grande puissance et à grande vitesse, il devient possible d'exécuter en barres les deux enroulements ; on se trouvera alors dans les conditions les plus favorables.

L'emploi d'induits à barres rend la construction des moteurs polyphasés à peu près aussi simple et aussi robuste que celle des moteurs à courants continus ; lorsque le cylindre extérieur est ainsi constitué, il n'a besoin d'aucun entretien ; quant à l'inducteur, il est plus simple que celui d'un moteur à courant continu, aussi facile à isoler et à réparer, et il demande moins d'entretien grâce à la suppression du collecteur.

Le noyau du cylindre induit, formé de tôles assemblées avec l'enveloppe, ne présente pas, il est vrai, la même solidité que la carcasse massive du moteur à courant continu ; mais rien n'empêche de la faire en fer plein, si l'on peut forer dans cette masse sans trop de dépense les encoches nécessaires pour loger les barres de cuivre et si le couple est suffisant^. Un moteur ainsi construit serait plus simple et demanderait moins d'entretien qu'aucun moteur à courant continu. Il peut s'ouvrir tout aussi aisément si on coupe les développantes dans le plan d'ouverture, en munissant les deux moitiés d'équerres qui viennent au contact lorsqu'on ferme l'enveloppe.

Lorsqu'on emploie un enroulement d'induit en barres, il faut

* Le couple moteur ne dépend que de la section du cuivre et non du nombre des spires dans chaque encoche ; on peut donc choisir ce nombre arbitrairement et le réduire à un si Ton veut.

* M. Ton DoUto DobroYolsky a montré que pour les moteurs industriels on peut même faire Tinduit en fer plein sans barres de cuivre ; mais un moteur ainsi construit ne démarre guère qu'à vide ; remploi de circuits séparés et de rhéostats est nécessaire pour démarrer sous charge, et les noyaux en tôle feuilletée donnent euxmêmes un couple plus énergique que les noyaux en fer plein.

MOTEURS DE TRACTION 251 remarquer que les courants secondaires de basse tension, très intenses, exigent pour leur transmission des bornes au rhéostat des c&bles de très forte section ; il est donc rationnel, dans ce cas, de

placer les rhéostats à 4

proximité immédiate °

des moteurs et de les ^

commander des deux ^

plates-formes à l'aide de g

chaînes ou de cordes , -g.

comme on le faisait sur ^

les anciennes voitures s

Thomson - Houston & ^

courant continu ; cela ^

ne présente aucune dif- S

Qcullé. A ce point de |

vue, pour réduire l'in- ^

tensité du courant, il ^

est bon d'adopter pour s"

les enroulements le |

montage en étoile plu- s

tôt qu'en triangle. »

EMmpIes de mo- ^

tetirs polyphasés de f^

traction. — Il n'existe |

actuellement que peu I

d'exemples de ces mo- «

teurs; les premiers ont ^

été ceux de Lugano, * construits par la maison suisse BrowD'Bo-

veri, de Baden. La figure 228 représente un de ces moteurs, va d'en haut, et la figure 229 l'ensemble du truck h un moteur. Celui-ci est de 20 chevaux nominaux & 12 pôles; la fréquence est de 42 périodes et la vitesse normale de 400 tours par minute,

correspondant k un parcours de IS km. à l'heure. Le moteur pèse

690 kg. sans engrenages et 820 kg. complet; il traîne sur voie de

Sdiema ds l'enroulnneot inducteur floiM. ÉKiaUon Iruurenale.

Fig. S30. — Uoteur gevless polyphasé de Brown, pour locomotÎTC Heilmann.

1 m. des voitures de 24 places et leur fait franchir des rampes de 6 p. 100.

A côté de ces moteurs à engrenages, on doit mentionner un moteur polyphasé à commande directe, établi également sur les plans de H. Brown, par la Société « l'Éclairage électrique », à litre

d'essaî, pour la première locomotive Heilmann *. Ce moteur, dont la figure 230 donne une coupe longitudinale et une élévation transversale, était à induit mobile et à inducteur fixe calé directement sur Tessieu immobilisé par ses extrémités; les courants étaient amenés par trois conducteurs passant par un trou central; rinduit, solidarisé avec les roues par un tambour en tôle, était muni de trois balais mobiles, frottant sur des bagues que trois conducteurs passant dans Tessieu reliaient aux rhéostats de démarrage. Les deux cylindres avaient des enroulements en barres de cuivre, à 8 pôles, l'extérieur formé de 90 barres , l'intérieur de 54, connectées par des développantes en cuivre. Les essais de ce moteur, auxquels l'un de nous a eu l'occasion d'assister en 1893, ont été exécutés en faisant tourner le cylindre extérieur autour du cylindre intérieur et en mesurant le travail au frein : la puissance mécanique développée a été de 65 chev. en pleine charge et aurait pu être poussée plus loin ; mais on dut reconnaître que le moteur était incapable de démarrer sous charge sans rhéostat, et que, même avec l'emploi de celui-ci, il ne donnait qu'un effort maximum à la jante insuffisant (350 kg.). On renonça donc aux moteurs polyphasés pour l'équipement des bogies à quatre essieux moteurs qui avaient été prévus. Cet insuccès relatif était dû à la présence d'un entrefer calculé un peu largement^.

Le maison Ganz et G*% de Budapest, a installé plus récemment dans ses usines un petit chemin de fer électrique à courants triphasés qui fonctionne d'une manière très satisfaisante. Le moteur construit pour ce service pèse 550 kg. sans engrenages, tourne à la vitesse de 450 tours et démarre franchement sur une rampe de 6,5 p. 100 avec une voiture de 6 500 kg. en développant un effort qui correspond à un couple de 40 kgm. sur l'arbre moteur. Le facteur de puissance (rapport de la puissance électrique consommée réellement au produit de l'intensité par la différence de potentiel aux bornes) atteint 0,88 à la puissance de 16 chev. effectifs^

*■ Voir le très intéressant mémoire présenté par M. J.-J. Heilmann à la Société industrieUe de Mulhouse, 30 noyembre 1892.

* Aujourd'hui on réaliserait des conditions plus favorables, grâce aux progrès réalisés depuis cette époque ; mais les moteurs à courant continu ont fourni à M. Heilmann un mode de régulation spécial de locomotive si avantageux qu'il a renoncé aux moteurs polyphasés malgré leurs autres avantages.

0,845 à 10 chev., et 0,80 à 1 chev., chiffres fort élevés pour un moteur de ce genre et qui indiquent une excellente construction. Plusieurs autres constructeurs européens étudient des matériels polyphasés. En Amérique, dans le cours des dernières années, des essais de traction par moteurs alternatifs ont été également exécutés par les grandes compagnies, notamment à Pittsburgh par la Westinghouse Electric Co.

N*ayant pu obtenir des constructeurs aucun renseignement sur les constantes des enroulements, nous avons fait nous-mêmes, pour en donner ici les résultats, une étude d'un moteur triphasé de traction capable de remplacer les appareils à courant continu du type normal de 20-30 chevaux. Ce moteur, dont rinducteur est formé par le cylindre intérieur, est constitué de la manière suivante.

Fréquence 40 en. Nombre de pôles 8. Vitesse à vide 600 tours. Engrenages simples à réduction i/o,5; vitesse correspondante de la voiture 15 km. : h. avec roues de 0,75 m. Voilage d'alimentation 220 volts entre bornes * (f. e. m. polygonale). Inducteur mobile; montage des circuits en étoile.

Inducteur. — Noyau en tôles de 5/10 porté par un tube en bronze; diamètre intérieur 100 mm., diamètre extérieur 360 mm.; épaisseur 250 mm.; 48 encoches ouvertes rectangulaires, terminées en queue d'hironde sur l'entrefer, garnies de 1 mm. de micanite, fermées par des coins en bois ; profondeur 40 mm., largeur 13 mm.; ouverture sur l'entrefer 6 mm. . Bobinage en tambour à 2 encoches par phase sous chaque pôle; 96 sections, genre Eickemeyer, ayant chacune 6 spires en fil de 45/10 (16 mm. 2). Résistance de chacun des circuits 0,36 ohms. Entrefer 1 mm. Induction 3000 c. g. s.

Induit, — Noyau en tôles de 5/10 porté par une enveloppe en fonte; diamètre extérieur 570 mm., diamètre intérieur 400 mm.

64 encoches semi-fermées rectangulaires; profondeur 32 mm., largeur 12 mm. Enroulement diphasé formé de 128 barres plates de 4 x 30 = 120 mm.*, à raison de 2 barres par encoche ' et de 8 par phase dans chaque champ. Résistance de chacun des circuits 0,014 ohm.

Régime permanent, charge normale, 20 chev. Vitesse 570 tours ; glissement 0,0-j. Courants primaires, 60 ampères efficaces dans chaque phase ; densité de courant correspondante 3,73 ampères par mm'. Courants secondaires, 240 ampères par phase ; densité de courant correspondante, 2 ampères par mm*. Rendement 83 p. 100 ou avec les engrenages 78 p. 100. Facteur de puis-

* Nous avons choisi ce chiffre de 220 volts comme un maximum de la différence de potentiel entre fils qu'on admettrait en France pour les courants alternatifs sur la voie publique. Le chiffre de 400 volts accepte à Lugano présente des dangers sérieux pour les personnes. Nous reviendrons sur ce sujet dans Tétude de la Distribution.

' L'emploi de deux barres par coche, au lieu d'une seule de section double, est motivé ici par le désir de réduire au minimum les courants à conduire au rhéostat, sans perdre la simplicité de construction résultant de l'emploi de barres au lieu de fils. Chaque barre est enveloppée d'un ruban de micanite.

sance, 84 p. iOO. Courant déwatté, 32 ampères; courant magnétisant à vide, 20 ampères. Couple normal 25 kilogrammètres.

Couple maximum possible au même voltage, sans changer les connexions^ 45 kilogrammètres ; courants correspondants par phase : primaires, 162 ampères ; secondaires^ 700 ampères ; vitesse, 500 tours (sans rhéostat).

Ce moteur donne une idée de ce qu*on peut obtenir dans cette voie ; il présente une très bonne stabilité de marche mesurée par le rapport entre le couple normal et le couple maximum. Celui-ci peut, du reste, être sensiblement triplé, en faisant passer le montage des inducteurs de Té toile au triangle, ainsi qu'on le verra au chapitre xi.

DifflcnltéB que présente encore la constraction de ces moteurs. — Sans aborder encore la discussion des avantages respectifs des moteurs à courants continus ou polyphasés, qui trouvera mieux sa place au chapitre ix, après rétude de leur fonctionnement, il est bon de mettre ici les lecteurs en garde contre une idée trop optimiste de remploi des appareils à champ tournant pour la traction. Sans doute, il est facile aujourd'hui de construire de bons moteurs fixes ayant un bon rendement, une puissance spéciflque au moins égale à celle des moteurs à courants continus et ne donnant lieu qu'à un faible décalage des courants alternatifs ; mais la condition essentielle pour obtenir ce résultat, c'est de n*employer qu'un petit nombre de pôles, 4 à 6 pour un moteur de 10 à 20 chevaux, et de très petits entrefers, Inférieurs à 2 mm. Un moteur de tramway de même puissance, mais à 10 ou 12 pôles, et avec un entrefer suffisant présente forcément des fuites magnétiques importantes, qui réduisent la stabilité et le couple de démarrage, et un courant déwatté relativement élevé, très gênant pour la production et la distribution du courant. La nécessité de faire travailler le fer à de basses inductions pour réduire les pertes magnétiques et les pertes d'énergie rend difficile de loger des moteurs puissants dans le truck d'une automobile de tramway où l'on ne dispose que d'un emplacement limité. L'emploi de petits entrefers est en outre une sujétion très gênante pour l'exploitation, car il suffit d'une faible usure des coussinets pour amener des grippements.

On trouverait avantage, pour les moteurs considérés seuls, à réduire leur nombre de pôles, soit par l'emploi de la double réduction, soit par l'abaissement de la fréquence (20 ou 25 périodes par exemple) ; mais on connaît les inconvénients de la première solution; quant à la seconde, elle augmente sensiblement le poids des moteurs et des transformateurs du réseau. Les données que nous avons choisies dans l'exemple ci-dessus, 40 c/3 et 8 pôles, paraissent actuellement les plus pratiques, en dehors des quartiers populeux où elles donneraient des vitesses un peu élevées. Mais toutes les fois qu'on le pourra économiquement, on fera bien de chercher à abaisser la fréquence ; c'est le le seul moyen qui permette d'augmenter l'entrefer, et d'obtenir de bons couples de démarrage et un facteur de puissance élevé.

Sur les chemins de fer, les vitesses plus grandes présentent à ce point de vue des conditions plus favorables ; c'est heureusement dans ce cas surtout que l'emploi des moteurs polyphasés est désirable.