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Courants des inducteurs en ampères.

Fig. 523. — Exemple de courbe d'excitation. Moteur G. E. 1000.

mesure de la loi de variatioD de l'induction magoétique. PeDdant longtemps on a admia qu'il Tatlait, pour augmenter la stabilité de marche, saturer très

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rapidement les inducteurs et les Taire travailler, par conséquent, autant que possible au-dessus du coude de la carac lé ris tique. Aujourd'iiui, les constructeurs américains estiment, au contraire, qu'il Tant n'atteindre la saturation qu'aux fortes charges, de fagon à permettre, à variation égale du couraut, un

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plus grand accroissemeDt de couple moteur sur les r&mpes et au démarrage. Dans les bous moteurs américains modernes pour tramways, l'effort de trao tioQ à la jante est d'environ 18 à 20 kg. par ampère au démarrage, contre 9 èi 11 kg. en marche normale. On réduit ainsi, il est vrai, la puissance noj-male du moteur par rapport à sou poids et l'on accroît la varialloo de vitesse, mais on diminue également l'influence des rampes et des démarrages sur la consommalioQ d'énergie.

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Flg. 527. — Courbes oractiSristiqnes du moteur G.E. 800 à 3 spires (grande Tito«se)

et 4 spires (faible TÎlesse); mesures prises sur l'essieu.

La flgure 523, relative à l'un des plus récents et des meilleurs moteurs américains, le G.E. 1000, montre dans quelles conditions travaille le champ de cet appareil; on voit que le coude est fort arrondi et que le régime moyeu (30 ampères) correspond à sa partie moyenne ; cette Forme s'obtient par l'emploi d'un entrefer assez faible (3 mm.) et de sections largement calculées, aussi bien pour l'induit que pour les inducteurs.

Quelques auteurs estiment qu'on devrait aller plus loin dans cette voie et augmenter encore la section du circuit magnétique: les courbes des ligures 5S4 à 536, relatives à un équipement américain à deux moteurs calculés par M. Baxter et de même puissance que le G.E. 1000, mais encore moins saturés,

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Courant en ampères

doDnent une idée du résultat qu*0D peut, d*aprcs lui, obtenir ainsi' ; les courbes de la figure 524 indiquent les inductions réalisées dans rarmature et dans Tentrefer et les rendements correspondants; les figures 525 et 526 font connaître les résultats au point de vue de la vitesse et de Teffort moteur.

La vitesse serait plus faible que celle des moteurs américains ordinaires, très élevée comme on Ta vu au chapitre V ; elle présenterait une décroissance beaucoup plus rapide aux fortes charges, ce qui permettrait à Teffort de croître plus vite, tout en maintenant le courant entre des limites plus étroites.

La puissance demandée à Tusine serait plus uniforme, sans que la vitesse commerciale, où les arrêts jouent un rôle irréductible, s'en trouvât bien sensiblement amoindrie. Enfin, grâce aux moindres pertes dans le fer induit, le rendement moyen se trouverait sensiblement amélioré PlR* ^^^« ~~ Rendements des moteurs

Il est évident que des moteurs de ce ^^«"" P" ^*^« ^^"^'^^^ *^^ ^* ^«^^ ^^^• genre seraient un peu plus lourds que

les types actuels. Ce poids supplémentaire est faible cependant à côté de celui de Tensemble d'une voiture équipée. Mais il ne faut pas se dissimuler que les variations de vitesse ne peuvent être accrues indéfiniment, sous peine de devenir une gène sérieuse pour l'exploitation ; aussi croyons-nous plus sage, au moins actuellement, de s'en tenir au type de saturation du G. E. 1000, à moins qu^on n'adopte le système d'excitation mixte décrit plus loin pour uniformiser la vitesse aux faibles charges.

Eflét d'nne modification de renroulement induit. — En supposant une disposition invariable du circuit des pôles inducteurs, on peut modifier consi' dérablement les propriétés du moteur par un autre procédé, en changeant le nombre des spires de l'induit : la vitesse moyenne diminue, en effet, quand on augmente le nombre de ces spires, en vertu de l'équation (14).

Si l'on remplace un bobinage à N spires de résistance r par un bobinage à

N' N' spires (N' > N) de résistance r' (en général, r* > -|^ r), la vitesse et, par suite,

le rendement sont réduits dans le rapport

n^ N(U— /I +t') __ n — N'(U — ri + i)

= rrrr sensiblcmeut.

A titre d'exemple, nous donnons ici (fig. 527 et 528) les courbes relatives au moteur G.E.800 américain bobiné à 4 ou 3 spires par encoche ; ces deux types sont calculés, l'un pour le service urbain, l'autre pour le service de banlieue à grande vitesse. Les courbes 2 et 4 correspondent à l'excitation normale, et les courbes 1 et 3 à une excitation réduite de 1/3 par l'emploi d'un

ElecMcal World, 7 novembre 1896.

shunt. Elles montrent que le couple et le rendement augmentent plus rapidement pour le moteur à vitesse modérée que pour l'autre; en service normal, le courant varie entre 20 et 40 amp. dans le premier, et entre 25 et 50 amp. dans le second. Le moteur de banlieue exigera donc, à conditions égales, un plus grand courant de démarrage que le moteur urbain. Partout où les arrêts sont fréquents, il y a, par suite, avantage à adopter des moteurs à faible vitesse; la vitesse commerciale, dans laquelle les durées d'arrêt et de mise en vitesse jouent un rôle prépondérant, s'en trouve très peu modifiée, tandis que la dépense d'énergie est fort réduite. Mais le rendement du moteur à 4 spires s'abaisse beaucoup plus rapidement aux fortes charges.

D'autre part, la comparaison des courbes à pleine excitation avec les courbes à excitation réduite de la figure 527 confirme les conclusions précédentes relativement à la saturation des inducteurs.

Choix entre ces modes d'excitation. — Les considérations qui précèdent nous donnent tous les éléments nécessaires pour comparer, au point de vue de la traction, les divers modes d'excitation envisagés, à savoir les excitations en série et en dérivation et l'excitation indépendante qui donne les mêmes résultalsque cette dernière.

Au point de vue de la puissance et du rendement, les diverses solutions sont équivalentes lorsque les moteurs sont convenablement construits. C'est donc sur les conditions de fonctionnement seules que peut porter la comparaison.

Depuis longtemps, c'est une idée reçue et presque un axiome que le moteur en série est seul admissible. Le fait que tous les moteurs américains sont actuellement enroulés de cette manière semble même mettre la supériorité de cette excitation au-dessus de toute discussion.

Mais, dans ces dernières années, on a vu essayer les moteurs shunt par quelques constructeurs, surtout en Allemagne par la maison Siemens et Halske ; quelques auteurs ont même prôné cette solution comme un idéal vers lequel on devrait tendre*. Il est donc nécessaire d'examiner ici, avec quelques détails, les divers côtés de la question.

Inconvénients des moteurs en déidvation, — Les arguments qu'on a autrefois fait valoir contre l'enroulement en dérivation se résument dans les objections suivantes, qui sont de valeur fort inégale :

1** On a dit^ que le courant considérable qui traverse les moteurs

' Cf. Baster Jun., The Eleclrlcal World, 12 décembre 1896.

* Traité des machines dynamos ^ de M. S. P. Thompson, 2" cdit. française.

en série au moment du démarrage leur donne un champ très puissant, et par suite un couple de démarrage plus fort que celui des moteurs à excitation constante. C'est là un argument plus apparent que réel lorsqu'il s'agit de moteurs où Ton a saturé le fer dès les faibles charges, car au moment du démarrage il n'y a plus de renforcement bien notable du flux à espérer ; il suffit du reste, pour le vérifier, d'examiner les courbes de couple en fonction du courant des meilleurs moteurs actuels (fig. 527) : on voit que ce sont sensiblement des lignes droites, tout comme pour un moteur en dérivation. On obtiendrait d'ailleurs, en excitant au même degré les inducteurs du moteur en dérivation, exactement le même couple de démarrage. La véritable objection, c'est qu'il est à craindre que ce couple ne se trouve réduit, comme nous l'avons expliqué plus haut, par une baisse locale de voltage de la ligne et par la réduction d'excitation qui en serait la conséquence. Mais celle-ci peut être fort atténuée lorsque la ligne est bien établie et si l'on a soin de saturer les inducteurs au voltage normal, comme nous venons de le dire.

2'' En second lieu, on a prétendu^ qu'en cas de mauvais contact entre les roues de la voiture et les rails qui servent de retour au courant, on est exposé à voir à certains moments le moteur se désamorcer, et, comme, en l'absence de champ inducteur il n'y a plus de force électromotrice, le courant prendre une valeur dangereuse lorsqu'il se rétablit.

Cette objection est complètement erronée, car les moteurs qu'on emploie pour la traction sont tous capables de s'amorcer eux-mêmes en dérivation ; par conséquent, le contact du trôlet avec le fil aérien ou des roues avec les rails aura beau rester interrompu pendant un certain temps lorsque la voiture est en marche, les inducteurs n'en demeureront pas moins parfaitement excités. Même au démarrage il n'y a rien à craindre si l'on intercale un rhéostat dans le circuit principal' et si l'on ferme celui-ci seulement après le circuit d'excitation, comme on le fait partout dans les applications

* Kapp, Electric Transmission of Energy^ 1" édit. Cette objection a disparu des éditioDs suivantes de cet excellent ouvrage, mais elle continue à être reproduite ailleurs.

* Voir la figure 516, p. 84.

industrielles. Cette manœuvre peut être assurée automatiquement par un régulateur de construction appropriée (voir p. 253).

3^ EnQn, on objecte la difficulté plus grande d'isoler les bobines inductrices.

C'est là la plus sérieuse critique qu'on puisse faire au moteur shunt. On devrait y ajouter le plus grand volume de ces bobines et la fragilité du fil qui les forme; pour un moteur de tramway, par exemple, il faut 15 à 20 km. de fil de 1 à 2 mm'. Ces inconvénients ne sont pas insurmontables, car, du moment où Ton isole bien Tarmature à 500 volts, il n'est pas impossible de réaliser le même isolement pour des bobines fixes'; mais il est difficile de le msiin tenir à la longue en service.

Lorsqu'on accepte l'emploi d'une batterie d'accumulateurs, on peut éviter toute difficulté en faisant une excitation séparée à bas voltage, l'excitation indépendante jouissant des mêmes propriétés que l'excitation en dérivation et pouvant être maintenue rigoureusement constante. Quant à la différence de prix (500 fr. environ par voiture), elle est vraiment négligeable en comparaison du prix total d'une automobile, qui dépasse 10 000 fr., comme on Ta vu plus haut (t. I, p. 410).

A côté de ces inconvénients, depuis longtemps connus, il en existe d'autres qui ont été signalés plus récemment^ et qui sont assez importants dans la pratique :

l*" On ne peut rompre le circuit des inducteurs seuls que lentement et avec insertion graduelle de résistances ', par suite de la self-induction considérable de l'enroulement qui peut occasionner une détérioration de l'isolant en cas de rupture brusque et qui produit des arcs très longs au point de rupture.

* Sur bien des réseaux de distribution de force, du reste, on emploie des moteurs shunt fixes à 500 volts.

* Luxenberg, ElektrotechnUche Zeilschrifl, 6 mai 1897.

' M. Luxenberg croit aussi nécessaire, pour prévenir les effets d'une manœuvre brusque de Tinterrupteur de plate-forme ou d'un déraillement accidentel de la roulette du trôlet, d^ajouter en dérivation sur les bornes du moteur une résistance sans induction de 1 000 ohms environ, qui consommerait constamment environ 250 watts en pure perte. Mais, en réalité, c'est là une précaution tout à fait inutile : tant que les inducteurs et l'induit sont couplés en parallèle , les premiers se déchargent à travers le second au moment de la rupture et ne peuvent prendre de tension dangereuse ; la mise hors circuit d'un moteur shunt est môme plus facile que celle d'un moteur en série, parce que celui-ci présente au courant principal une selMnduction de beaucoup supérieure.

Cet iacoQvénient peut du reste être supprimé en mettant l'enroulement en court-circuit au moment de la rupture (voir p. 195).

On peut, pour ce motif, laisser les inducteurs en circuit pendant les arrêts, mais cela n'est pas nécessaire.

2*" Par le fait que les inducteurs restent constamment excités, il peut se produire, lorsque la voiture descend une pente à vide, à grande vitesse, et qu'on met à un certain moment les armatures en circuit, une force électromotrice très supérieure pendant un court instant à la tension normale et capable de brûler les lampes de la voiture. Le même accident peut aussi survenir quand on emploie deux moteurs et qu*on passe brusquement du couplage en parallèle au couplage en série avant d'avoir ralenti la vitesse de la voiture. G'estlàun obstacle àl'emploi dans le cas des moteurs shunt de ce mode de réglage extrêmement usité pour les moteurs en série.

3^ Comme la self-induction des armatures seules est très faible, les oscillations de courant dans la ligne occasionnées par le passage des touches du collecteur sur les balais se font sentir avec plus d'acuité dans le réseau, et par suite dans les lignes téléphoniques voisines, qu'avec les moteurs en série. Pour les affaiblir, il faut ajouter sur le circuit de chaque voiture une forte bobine de self-induction, consommant une certaine énergie.

Enfin, il faut ajouter qu'en cas de surcharge accidentelle on risque beaucoup plus d'avoir des étincelles aux balais avec un moteur shunt à champ invariable qu'avec un moteur en série, dont le champ croit en même temps que la réaction d'induit.

Avantages de F excitation constante. — On doit reconnaître, par contre, que le moteur à excitation constante présente sur le moteur en série deux points de supériorité très importants :

1^ L'auto-régulation de la vitesse signalée plus haut, qui permet & la voiture de conserver une allure bien régulière sur des rampes variables et dans une certaine mesure avec des potentiels variables sur la ligne, et qui est par suite à recommander toutes les fois qu'on cherche à réaliser une vitesse moyenne maxima ou qu'on a de fortes baisses de voltage à craindre on certains points des lignés; il ne faut pas, du reste, s'exagérer cet avantage pour un service

m LA TRACTION ÉLECTRIQUE

de Iramway, où le régulateur supplée à cette auto-régulation; mais sur les chemins de fer à grande vitesse, où il est très utile que le mécanicien puisse porter toute son attention sur la voie sans avoir à se préoccuper de la conduite des moteurs, l'excitation constante prend une grande valeur pratique ;

2"" Le fonctionnement du moteur en génératrice dès que Tallure dépasse la limite normale ; cette propriété limite la vitesse sur les pentes, en sorte que le moteur constitue un vrai frein automatique, réalisant un arrêt rapide sans produire aucun plat sur les roues ^ ; d'autre part, sur les profils accidentés, elle permet de récupérer sous forme de courant utile, pendant la descente d*une voiture, une partie de Ténergie dépensée pour sa montée ; ce courant est utilisé par les autres voitures en service sur la ligne, quand il s'agit d'une distribution par fil aérien, ou bien il sert à recharger les accumulateurs, quand on utilise des véhicules munis de ces appareils; on verra plus loin que l'économie ainsi réalisée est très notable sur les lignes à profil accidenté '. On peut ajouter que les appareils de manœuvre sont un peu plus simples avec les moteurs en dérivation qu'avec les moteurs en série ^.

L'emploi du moteur excité en dérivation, ou mieux à excitation indépendante, parait donc le seul rationnel pour la traction par accumulateurs et constitue une solution à certains égards très désirable pour la traction par fil aérien, sur les réseaux où Ton doit réaliser une vitesse de marche bien constante ou qui présentent de fortes déclivités.

C'est pour ce dernier motif que la maison Siemens et Halske a adopté des moteurs en dérivation sur le tramway à crémaillère de

* On a objecté qu'il résulte de ce mode de freinage, lorsqu'on l'applique brusquement, des étincelles aux balais et un trayail supplémentaire des engrenages qui augmentent les frais d'entretien des moteurs. Mais cette objection ne parait pas justifiée par Texpérience et tous les ingénieurs qui emploient le freinage électrique en expriment la plus Tive satisfaction.

* Les conditions pratiques et la Taleur économique de cette récupération seront discutées au chapitre XIIL

^ On a prétendu quelquefois que la régulation du moteur en dérivation éiait plus élastique que celle du moteur en série à cause de la possibilité qu'elle donne de faire yarier le champ dans de grandes limites ; mais, en réalité, ces limites sont sensiblement les mêmes que pour un moteur en série, car on no peut réduire le champ magnétique au-dessous des valeurs actuellement réalisées dans ce dernier type sans produire une rapide augmentation des étincelles aux balais. Nous reviendrons sur ce sujet au chapitre X.

Barmen. Les bons résultats obtenus à Taide de ce type de moteur en ont fait étendre l'application à Halle et montrent que les difficultés d'emploi ne sont pas insurmontables. Mais il est à craindre que les réparations de bobines excitatrices ne soient plus fréquentes qu'avec les moteurs en série.

Inconvénients des moteurs en série. — L'inconvénient principal des moteurs en série, c'est qu'on ne peut maintenir leur vitesse constante ; on l'uniformise bien, si Ton veut, en saturant les inducteurs, mais c'est naturellement aux dépens du rendement. Lorsqu'on doit suivre un horaire rigoureux, comme c'est le cas, par exemple, sur les chemins de fer, on peut éprouver de ce côté des difficultés ; on peut, il est vrai, réaliser toutes les vitesses désirables par les méthodes de régulation étudiées au chapitre X; mais c'est aussi presque toujours au prix de pertes d'énergie. Sur les tramways, on peut heureusement se dispenser de cette précision, mais on a toujours à craindre l'emballement sur les faibles pentes que la voiture descend avec peu de courant et où l'emploi du frein serait un contresens.

Si la voiture descend une pente plus forte, le moteur, quelle que soit sa vitesse, ne peut spontanément fonctionner comme génératrice, jouer le rôle de frein, car l'inversion du courant dans le moteur intervertirait en même temps la force électromotrice. Si l'on essaie de renverser le sens du courant dans les inducteurs par un changement de connexions, il en est encore de même, et la force électromotrice s'ajoutant alors à la différence de potentiel de la ligne détermine dans le moteur un courant extrêmement intense qui peut arrêter brusquement la voiture et la faire repartir en arrière au risque de brûler le moteur ; mais on ne réalise pas ainsi l'effet de frein. Cet effet ne peut être obtenu qu'en supprimant les connexions du moteur avec la ligne et le fermant sur un circuit local contenant au besoin des résistances de valeur appropriée.

C'est là le principe du freinage électrique ordinairement employé et sur lequel nous reviendrons plus loin; mais ce système ne permet pas la récupération de l'énergie.

Avantages de F excitation en série. — Nous avons déjà signalé la commodité et l'économie de l'excitation en série pour la construc-

102 LA TRACTION ÉLECTBIQUE

tioD etrentretien des bobines. Le démarrage, même eo cas de forte baisse de voltage, est toujours bien assuré, grâce à l'énorme renforcement d'excitation qui se produit à ce moment. Le feu aux balais et par suite l'entretien du collecteur sont réduits au minimum. D'autre part, le moteur en série peut présenter sur les petites lignes un avantage important toutes les fois qu'on ne tient pas à la constance de vitesse : c'est qu'il tend à être auto-régulateur , .10 de puissance. En effet, la

puissance est égale au produit du couple par la vitesse :

dans le moteur à excitation constante, qui donne une * vitesse constante, elle varie

sensiblement comme le coui pie ; au contraire, dans le

moteur en série, surtout lorsqu'il est peu saturé, la

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«quipeaieoi li 11 viinu «uit >i»intenu« cDiutaiiia i mdique, par excmpie, que la variation de puissance en fonction du courant pour un moteur en série croll un peu moins rapidement que l'ofTort, et la figure 513 montre la loi de variation plus rapide qu'on obtienten maintenant l'excitation constante. Il en résulte que la variation de consommation est notablement réduite. Un exemple intéressant de l'économie de puissance ainsi réalisée résulte des expériences efTectuées par M. Foster sur les tramways de San Francisco ', où, par suite des rampes très fortes rencontrées (jusqu'à 14,5 p. 100), les variations de consommation sont particulièrement sensibles. Les courbes qu'a relevées cet ingénieur (fig. 529) montrent d'une part la décroissance de la vitesse sur des rampes croissant de 0 à 14 p. 100 (courbe 1), de

' Slitel Railwas Jomital, juin IgBG. Nous «ions modiSc les échelles de l'auteur.

FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A COURANT CONTINU lOS

Vautre la variation de la puissance électrique consommée par une voiture (courbe II) ; en comparant cette dernière à la courbe Uiéorique III, on voit qu^elle est beaucoup moins inclinée que si l'excitation était constante.

On pourrait développer encore beaucoup plus cette propriété d'auto-régulation en saturant moins les inducteurs, mais on est limité assez rapidement dans cette voie par les étincelles qui se produisent aux balais lorsque le champ est trop faible.

Cette tendance à lauto-régulation de puissance réduit les variations du courant demandé à lusine par chaque voilure, soit lors*^ qu'elle démarre, soit lorsqu'elle aborde des rampes, et il en résulte, dans le cas d'un réseau ayant un petit nombre de voitures, une uniformisation très désirable de la charge des génératrices. C'est pourquoi l'excitation en série est à recommander dans ce cas. Au contraire, sur les réseaux ayant un grand nombre de voitures, les variations de la consommation de courant des différentes voitures tendent à s'équilibrer et Tauto-régulation individuelle de la puissance est sans intérêt notable.

Conclusions. — On voit par cette comparaison que chacun des modes d'excitation étudiés plus haut est réalisable pour les moteurs destinés à la traction et leur confère des propriétés spéciales ; mais ces propriétés s'excluent mutuellement et chacune des solutions reste ainsi imparfaite. Les défauts de l'excitation en dérivation en rendent l'emploi peu recommandable au point de vue de l'exploitation sur les tramways autres que ceux à accumulateurs, malgré les avantages qu'elle présente.

Telle qu'elle est, l'excitation en série est de beaucoup la plus pratique à ce point de vue, et toutes les fois qu'il ne s'agit pas de lignes à profil très accidenté, on peut passer sur ses imperfections.

Mais celles-ci peuvent devenir sensibles lorsqu'on a affaire à de fortes déclivités ou qu'on tient à conserver une vitesse régulière. On peut alors modifier l'excitation en série à l'aide d'artifices qui lui donnent les propriétés utiles de l'excitation en dérivation sans présenter les mêmes inconvénients : ce sont l'exci* lation compound et l'excitation mixte, réalisables toutes deux à basse tension, comme on va le voir.

EnÛD, sur les chemins de fer, rauto-régulation de vitesse nous parait présenter des avantages assez importants pour justifier l'em* ploi d*une excitation indépendante ou de Texcitation mixte.

Nous compléterons cette comparaison au chapitre X en ce qui concerne la régulation de marche.

Excitation compound. — Le compoundage consiste à placer sur les inducteurs deux enroulements, Tun en série, l'autre en dérivation (fig. 530), en les proportionnant convenablement. Ce genre d'excitation n'est pas employé sur les tramways à fil aérien, parce qu'il compliquerait la construction des moteurs et présenterait tous

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Excitation compound ordinaire. Excitation componnd à l'aide d'une

source indépendante.

Fig. 530* — Excitation compound.

les inconvénients énumérés ci-dessus de Tenroulement dérivé à 500 volts.

Il n'en est pas de même sur' les tramways à accumulateurs, où Talimentation a lieu à basse tension ; rien n'empêche, dans ce cas, de compounder les moteurs, et celte combinaison peut présenter de sérieux avantages.

On peut en efîet, par Tenroulement dérivé, maintenir un certain champ magnétique minimum, qui empêche le moteur de s'emballer à vide, et, par l'enroulement en série, assurer un renforcement énergique du champ au moment des démarrrages et sur les fortes rampes, ce qui réduit la vitesse de la voiture en même temps que la fatigue des accumulateurs. En se réservant la possibilité de faire varier le courant dans l'enroulement shunt, on peut enfin réaliser le réglage de la vitesse entre certaines limites.

Mais, si le courant venait à s'inverser dans l'enroulement en série, l'excitation s'abaisserait et le moteur ne pourrait fonctionner convenablement; aussi, lorsque la voiture descend une forte pente où les moteurs tendent à devenir générateurs, faut-il supprimer ou mieux

renverser renroulemeot en série, ce qui est aisément réalisable à Vaide d*ua commutateur approprié.

Le compoundage paraît donc une solution rationnelle pour les voitures à accumulateurs. Pour les autres, on n'en voit pas bien Futilité, si ce n'est dans le but d'éviter Temballement aux faibles charges sur les pentes.

L'administration des chemins de fer de l'Etat belge a prévu récemment et à un autre point de vue Texcitation Gompound pour ses essais de trains- tramways électriques, d'après les études de M. Ernest Gérard :

l'excitation normale aura lieu en dérivation et l'enroulement en série sera utilisé seulement aux démarrages comme supplément (voir p. 257).

L'expérience montrera si les avantages de cette solution, dont le but est de prévenir les inconvé-

Vourants en ampères

Fig. 531. — Courbe d'excitation d'un moteur niants résultant pour les compound en fonction du courant d'armature.

moteurs shunt d'une baisse

accidentelle de voltage sur la ligne d'alimentation, seront suffisants pour justifier la complication de construction et d'entretien qu'elle entraine; on peut arriver, du reste, à des résultats équivalents par la méthode mixte décrite plus loin, qui s'applique aussi bien aux voitures à accumulateurs.

Régime» cTun moteur excité en compound, — Les courbes de fonclionnement d^un moteur excité en compound se déduisent aisément de la courbe d'excitation. Supposons, par exemple, qu'on prenne le moteur G.E. 1000, défini parla conrbe d'excitation de la figure 523, et que, pour empêcher l'emballement aux faibles charges, on remplace les 25/70 des spires inductrices par un autre enroulement parcouru par un courant constant choisi de façon à réaliser les 350 volts d'excitation obtenus précédemment à 25 amp. ; on aura en fonction du courant d'induit la nouvelle courbe d'excitation représentée par la ligure 531 ;

la résistance des inducteurs en série est réduite à 0,3 ohm ; celle de Tinduit est de 0,4 ohm. En appliquant à cette courbe la méthode indiquée plus haut (tlg. 521, p. 91), on obtient immédiatement les caractéristiques de la figure 532 ; en comparant celles-ci aux caractéristiques primitives en traits pleins, on voit nettement le résultat obtenu, c*est-à-dire la réalisation d'une vitesse beaucoup plus constante et en tout cas rigoureusement limitée.

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Fig. 532. — Caractéristiques du moteur compound défini par la courbe d'excitation de la figure précédente en fonction du courant principal, et comparaison avec les courbes du même moteur excité simplement en série.

Excitation mixte. — Ce système proposé par les auteurs consiste dans remploi d'un moteur muni de bobines inductrices capables de supporter, au moins temporairement, un fort courant et d'une batterie d'accumulateurs à bas voltage, pouvant débiter un courant comparable à celui de Tarmature, les bobines magnétisantes des inducteurs étant disposées de manière à pouvoir être alimentées à volonté, soit par le courant d'armature, soit par la batterie d'accumulateurs, soit par tous deux à la fois.

Les figures 533, 534 et 535 représentent ces trois combinaisons ; L montre le trôlet, T le rail de retour du courant, A l'armature du moteur, M les bobines magnétisantes, B la batterie d'accumulateurs, R une résistance qu'on peut intercaler à volonté à la suite

des bobines magnétisaotes pour faire varier Fintensité du courant qui les traverse, et R' une résistance sur laquelle on peut, lorsque c'est nécessaire, fermer Tarmature en court-circuit pour produire le freinage électrique de la voiture.

Des commutateurs convenables permettent de placer à volonté la batterie et les bobines magnétisantes dans chacune de ces trois positions, tout en effectuant d'autre part les autres combinaisons adoptées pour le réglage ordinaire des moteurs de traction, ainsi qu'on le verra au chapitre X.

Dans la première disposition (fig. 533), le moteur se comporte comme un moteur en série ordinaire. Dans la seconde (Gg. 534), il se trouve en excitation indépendante, et la voiture prend une vitesse

Fig. 533. -> Excitation en série.

Fig. 534. — Excitation indépendante.

Fig. 535. — Excitation mélangée.

Fig. 533, 534 et 535. — Schéma des trois combinaisons de l'excitation mixte.

sensiblement constante à toutes charges et qu^on peut régler à volonté en modifiant la résistance R du circuit d'excitation. Dès que la voiture dépasse un peu la vitesse fixée, le moteur fonctionne comme génératrice et envoie du courant sur la ligne ; la voiture ne peut donc s'emballer, même sur les pentes, et le travail de la descente est récupéré par les voitures voisines . Enfin, grâce à la présence d*une excitation permanente, il suffit de fermer Tarmature en court-circuit pour arrêter instantanément la voiture.

Dans la troisième position (fig. 535), le courant qui traverse Tarmature se partage en deux parties : Tune passe à travers les inducteurs, l'autre à travers la batterie. Suivant les valeurs relatives du courant d'armature I, de la force électromotrice de la batterie e, de la résistance r des bobines M et de la résistance variable R, le

courant I se partagera d'une manière différente entre les inducteurs (courant t) et la batterie (courant i') ; le courant de la batterie pourra être positif ou négatif, c'est-à-dire que la batterie pourra se charger ou se décharger selon les cas. En appelant r la résistance ohmique de la batterie et en comptant les courants positivement dans le sens des flèches, on a les relations :

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Comme la résistance r' est toujours très petite, la différence de potentiel aux bornes de la batterie est sensiblement fixe, quel que soit le courant I. L'excitation du moteur tend donc à rester constante à toute charge, lorsque R est constant. En choisissant la f. é. m. ^ delà batterie de façon à avoir

e = rl moyeD,

on pourra établir une compensation complète entre la charge et la décharge de la batterie pendant une journée de service. D'ailleurs, on peut n'employer la batterie que peu de temps chaque jour, en s'en servant seulement lorsque cela est nécessaire ; la plus grande partie de l'énergie consommée par l'excitation est prise directement à la ligne. Si la batterie a besoin d'être rechargée, il suffit d'intercaler momentanément la résistance R sufGsante : par exemple, en intercalant une résistance R égale à celle des bobines r, le courant se trouve réduit d'environ moitié dans ces bobines et le surplus passe dans la batterie.

Pour tirer parti de ces propriétés, il suffît d'employer les trois combinaisons dans les conditions convenables, c'est-à-dire :

La combinaison n'' 1 pour le démarrage et lorsqu'on veut renforcer le champ, ainsi que dans les cas où l'on n'a pas besoin d'une vitesse constante;

La combinaison n^ 2 sur les pentes pour récupérer de Fénergie et aussi pour le freinage électrique ;

Enfin, la combinaison n'^ 3 sans résistance lorsqu'on veut une vitesse constante, et avec une résistance R pour recharger la batterie ou pour diminuer l'excitation du moteur et augmenter ainsi la vitesse.

Ce système rend, comme on le voit, extrêmement facile l'obtention d'une vitesse constante, tout en donnant d'excellents démarrages. Il permet, tout en employant les moteurs existants sans changer les bobines excitatrices, de réaliser la récupération sur les pentes. L'emploi d*une batterie est sans inconvénient, parce que, même si elle était mise hors service, le fonctionnement des moteurs resterait assuré. Elle est d'ailleurs extrêmement peu importante : par exemple, pour une voiture munie d'un moteur de 25 chev. ayant une résistance d'inducteurs d'environ 0,8 ohm et consommant un courant moyen de 20 ampères, il suffit d'une batterie de 20 ampères X 16 volts = 320 watts, dont le poids total au débit de 1 à 2 ampères par kg. de plaques ne dépasse pas 150 à 200 kg. On la laissera à demeure dans la voiture.

On peut du reste, comme pour Texcitation indépendante (voir p. 77), remplacer la batterie par un petit transformateur à courant continu, alimenté en dérivation parle trôlet. Ce transformateur consiste en deux dynamos accouplées : l'une, jouant le rôle de moteur, est actionnée par le courant pris sur la ligne ; l'autre, servant de génératrice, débite le courant à basse tension nécessaire à l'excitation des moteurs. On en montera le secondaire aux bornes des inducteurs, exactement comme pour la batterie à remplacer.

Ce mode de réglage peut, en définitive, rendre des services sur tous les réseaux où les pentes dépassent 1,5 à 2 p. 100, car il permet de récupérer les dépenses d'énergie nécessaires à l'ascension des rampes, qui sont prépondérantes par rapport à celles nécessaires au roulement. On rendrait ainsi pratique la récupération, même sur les voies à trôlet où elle n'existe pas actuellement, et sans qu'il soit nécessaire de changer les moteurs.

Alimentation des moteurs à tension variable. — Sans maintenir l'intensité constante automatiquement, on peut être amené à

modifier dans certains cas le voltage d'alimentation. On peut supposer, par exemple, que deux tronçons de ligne soient alimentés l'un à 400, l'autre à 600 volts, soit par suite d une disposition voulue, soit par le fait de la perte de charge le long des conducteurs. Il est intéressant de se rendre compte comparativement du fonctionnement d'un même moteur dans ces conditions différentes.

Les formules indiquées plus haut donnent aisément la solution de cette question dans tous les cas d'excitation.

i^ Si le moteur est excité d'une façon constante par une source indépendaDte, le couple sera toujours proportionnel au courant : sur une rampe constante, celui-ci ne variera donc pas ; au contraire, la vitesse variera à peu près proportionnellement à la différence de potentiel aux bornes U.

2<* Il en sera de même pour un moteur excité en sériCy parce qu*à courant égal il reproduira toujours la même excitation.

Dans ces deux cas, les courbes de couple obtenues en fonction du courant à un voltage quelconque U' sont donc les mêmes que les courbes obtenues pour un voltage U. Les courbes de vitesse sont seules modiliées et d'une façon qu'il est facile de déterminer. Soit, en effet, r la résistance de la partie du moteur placée dans le circuit principal (induit dans le cas de l'excitation séparée, induit et inducteur dans le cas de l'excitation en série), la vitesse n' obtenue sous le courant I au voltage U' et la vitesse n obtenue sous le même courant au voltage U sont dans le rapport des forces électromotrices induites (le flux restant le même),

n' E' U' — ri

ir=-F=Tr=7r- (^^^

On peut donc d'une première courbe de vitesse au voltage U déduire par points la courbe au voltage U'. Si n' < n, on voit que cette courbe s'abaisse plus vite que la première pour les charges croissantes.

L'effort étant constant, sous un courant I, la puissance mécanique recueillie varie dans le même rapport que la vitesse ; la puissance dépensée étant UI dans le premier cas et U'I dans le second, les rendements sont dans le rapport

c'est-à-dire qu'ils décroissent avec U' et d'autant plus vite que la charge est plus forte.

La figure 536 représente, par exemple, les courbes à 250 volts du moteur en série étudié plus haut (fig. 518), déduites en multipliant les ordonnées de la courbe de vitesse par le rapport

FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A COURANT CONTINU et celles de la courbe de rendement par

Au lieu de réduire les ordonnées des courbes, on peut plus simplement se contenter de modifier les échelles.

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Courants en ampères.

Fig. 536. — Effbtde la Tariation du voltage aux bornes. — Caractéristiques à 250 volts du moteur de tramway défini à 500 volts par les courbes de la figure 518.

Comme second exemple plus complet, les figures 537, 538 et 539 montrent trois courbes relatives à un même moteur de chemins de fer de 2 000 kilogrammètres : s. sur Tarbre (à 176 ampères), alimenté à 500, 250 et 125 volts. Nous avons réduit les échelles dans la même proportion 500 : 250 : 125 pour les vitesses et les puissances, sans toucher à celles des couples et des rendements. Dans ces conditions, si les moteurs avaient une résistance nulle, les trois figures devraient être exactement superposables ; mais, par suite du terme ri, cela n'existe que pour les courbes de couple et de puissance électrique ; les trois autres présentent des maxima décroissant avec le voltage, en même temps qu'elles s'abaissent plus rapidement vers la droite.

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