A COURANT CONTINU

§ 1. — Principes généraux

Généralités. — L'étude de la marche d'une automobile ou d'un traiin actionné par l'électricité ne peut être faite d'une manière vraiment rationnelle qu'en tenant compte des propriétés particulières aux moteurs électriques : les conditions de fonctionnement et de régulation de ceux-ci diffèrent en effet complètement de celles des moteurs mécaniques, à vapeur ou à air comprimé, employés pour le même usage, et permettent de traiter les problèmes de traction avec plus de précision et de rigueur. En outre, il est, dans bien des cas, possible de remplacer l'évaluation mécanique du travail par une évaluation électrique, ce qui est plus rationnel et conduit plus directement à la connaissance de l'énergie électrique consommée.

Nous sommes ainsi amenés à étudier d'abord les propriétés pratiques des moteurs électriques considérés comme appareils de traction et leur mode de régulation ; nous examinerons ensuite les résistances à vaincre pour la propulsion des voitures et en dernier lieu la façon dont l'effort moteur intervient pour vaincre ces résistances dans les diverses circonstances de la marche d'une voiture ou d'un train. Ces quatre questions, dont les deux dernières sont connexes, feront l'objet de trois chapitres successifs; en outre, nous avons cru nécessaire, pour éviter toute confusion, de réserver un chapitre spécial à l'exposé des propriétés et de la régulation des moteurs à courants alternatifs.

Prodaction de Teffort moteur et du mouvemeiit. — L'invention du moteur électrique à courant continu date de Texpérience de la réversibilité des dynamos que nous avons rappelée dans THistorique ; en vertu de cette réversibilité, la dynamo, qui produit de Fénergie électrique lorsqu'on lui applique du travail mécanique, peut inversement produire du travail mécanique lorsqu'on l'alimente en énergie électrique.

Les phénomènes dont un moteur à courant continu est le siège peuvent se ramener à quatre principaux : la création des champs magnétiques, la production de l'effort moteur, l'intervention d'une force contre-électromotrice et enfin la réaction d'induit. Nous les rappellerons en quelques mots pour ceux de nos lecteurs qui ne connaissent bien la dynamo que comme génératrice.

1® Champs magnétiques. — Soit, par exemple, le moteur à quatre pôles dont deux conséquents, type très employé pour la traction, représenté en coupe schématique par la figure 506. Pour la simplicité de l'exposé, nous supposerons le noyau d'armature lisse et recouvert d'une seule couche de fils conducteurs.

Chacune des deux bobines inductrices B^ et B^ produit un flux magnétique, qui suit le chemin indiqué par les lignes d'induction tracées en pointillé; chaque flux se divise en deux circuits qui viennent se fermer par la carcasse, l'un adroite, l'autre à gauche du noyau ; les deux flux apparaissent dans l'entrefer sous forme de lignes de force, dont la densité, presque constante sous les pôles, diminue très vite au voisinage des cornes et s'annule dans les plans à 45^ indiqués par les lignes en traits mixtes. Le sens des lignes de force ^ est déterminé par celui de l'enroulement et du courant dans les bobines Bj et B,; celles-ci doivent être disposées de façon à déterminer deux flux opposés, donnant lieu, par exemple, à deux pôles nord verticaux N,N et à deux pôles sud horizontaux S, S.

2« E/fort moteur. — L'armature est formée d'un noyau de fer doux traversé par les flux inducteurs et garni le long de l'entrefer de fils conducteurs parcourus par le courant électrique'; celui-ci arrive, au moyen de fils non représentés, par les deux balais b^ et b^. Quel que soit le mode de bobinage adopté (voir au chap. V) et sans qu'il soit nécessaire d'entrer dans le détail des connexions avec le collecteur, cet organe a pour efTct de partager le courant total en deux moitiés et d'envoyer l'une avec un même sens dans tous les fils situés sous les pôles N,N et l'autre avec le sens opposé dans tous les fils situés sous les pôles S, S.

Cette répartition des courants est représentée schématiquement sur la figure 506, où les cercles noirs indiquent les fils dans lesquels le courant va d'avant en arrière et les cercles blancs ceux dans lesquels le courant va d'arrière en avant. L'enroulement se trouve ainsi divisé en quatre quadrants égaux*, et, grâce au collecteur, cette répartition se reproduit identique dans Vespace pour toutes les positions de Vai^mature.

* Ce sens se détermine aisément par la règle du tire-bouchon de Maxwell : le flux est dirige suivant le sens du mouvement longitudinal d'un tire-bouchon qu'on ferait tourner dans le même sens de rotation que le courant dans la bobine magnciisante.

* S'il s'agit d'un enroulement en anneau, les parties de spires autres que celles que nous représentons ne concourent pas à la production de l'effort moteur.

' En réalité, ils ne le sont pas tout à fait, car on a tu au chapitre Y que le nombre

Ea vertu des lois de l'éleclro magnétisme, tout coDducteur rectiligne de longueur l, parcouru par un courant i et placé dans un champ magnétique d'intensité X, est soumis à uneTorce proportionnelle aux trois Tacteun K,i,i et perpendiculaire k ta Tois au conducteur et b. la direction des lignes de force'. Les fils représentés autour du noyau sont donc tous soumis à des forces de ce genre, perpendiculaires à l'axe et qui tendent à faire tourner l'armature autour de celui-ci; par suite de la symétrie, les composantes radiales s'annulent deux à deux et il ne reste que tes composantes tangentielles, égales deux à deux; les courants étant de sens contraire sous les p61es de nom contraire , toutes ces forces sollicitent l'armature dans le même sens et ont pour résultante un couple de rotation autour de l'axe.

3" Force conlre-électromotrice. — Lorsque le couple moteur ainsi produit dépasse le couple résistant appliqué à l'arbre, le moteur se met à

tourneravecunevitesse croissante. Danscemou- Fip. 50«. — Coupe scWma- TCraent, chacun des fils traversant les champs

magnétiques devient, en vertu de la loi géné-

1 (type à pûles o

raie de l'induction, le siège d'une force éleclromo- Irice induite e proportionnelle au flux coupé à

chaque instant (« = jA. Tous les flls situés sous un même pôle ont des

f. é. m. de même sens et qui s'ajoutent en vertu du mode de bobinage; l'effet du collecteur est, par une opération inverse de celle que nous avons indiquée pour le courant, d'additionner en série les f. é. m. qui prennent naissance sous les deux pôles opposés et en parallèle chacune des deux séries ainsi formées. 11 apparaît, en délinilive, aux balais une f. é. m. résultante E, sensiblement constante' comme la répartition des fils et égale à la demi-somme des valeurs absolues de toutes les f. é. m, élémeniaires. On démontre aisément qu'elle a

rDuIliple d« -4 comme nous le supposons ici, doit être aug-

' Si l'on mesure tout en unités e. g. t., y compris le courant, la force est Kli Ayant ^ ■^ grammes.

Pratiquement, il est plus facile de se rappeler qu'un conducteur d« 1 m. de lenteur, irarersé par un courant de 1 ampÈce dans un champ de 1 webei' par m* (tO OOO c.g.s.), est soumis à un effon de j-jj kilogramme (B,81 lîtant le rapport connu du kiiogrammùti-e au joule). Quant au sens de la force, on l'obtiEni en se rappelant qu'an obsenateur coucfac le long du fil, recelant le courant par les pieds et regardant tuiranl la direction des lignes de force magnétiques, tendrait à se déplacer vers sa gauche.

* En négligeant la petite perturbation due au passage de chaque section sous les balais.

pour valeur Nn4>, en appelant N le nombre total des fils périphériques, 4» la somme des flux inducteurs et n le nombre de tours par seconde.

En vertu de la loi de Lenz, cette f. é. m. est opposée à celle du réseau d'alimentation; c'est pourquoi on rappelle force contre-éleclromotrice induite du moteur.

Elle intervient d'une façon essentielle dans le fonctionnement; c'est d'elle, en particulier, que dépend l'intensité du courant qui traverse le moteur, beaucoup plus que de sa résistance intérieure r. Tandis qu'un récepteur ordinaire, une lampe par exemple, de même résistance et alimentée au même potentiel U, serait parcourue par un courant

le moteur ne laissera passer qu'un courant

La force électromotrice E allant en croissant avec la vitesse, on voit le courant diminuer lorsqu'un moteur, partant du repos, active peu à peu son allure ; en marche normale, E atteint aisément au moins 90 p. 100 de U.

kfi Réaction d'induit. — L'armature parcourue par un courant se comporte comme un électro- aimant et donne lieu, elle aussi, à un champ magnétique, qui se superpose au champ Inducteur et le déforme. Dans les moteurs industriels ordinaires, cette réaction magnétique force à décaler les balais d'un certain angle en arrière par rapport au sens du mouvement, ce qui provoque une réduction de la f. é. m. induite; dans les moteurs de traction à champ puissant et munis de balais en charbon, calés invariablement à la ligne neutre, les effets de la réaction, sans être nuls comme on pourrait le croire, sont réduits ; nous en tiendrons compte, du reste, indirectement à l'aide de formules empiriques.

En pratique, comme on l'a vu (chap. V}, les conducteurs de l'armature sont logés dans des dentures et la théorie devrait être exposée différemment; les phénomènes restent cependant équivalents à ceux que nous avons indiqués dans le cas d'un induit à noyau lisse; la principale différence, c'est que les forces électromagnétiques se trouvent appliquées non plus sensiblement aux conducteurs eux-mêmes, mais presque entièrement aux dents de fer qui les séparent ^ ; les conducteurs échappent ainsi aux actions mécaniques destructives, sans cesser de remplir leur rôle utile.

Puissance et rendement. — La puissance mécanique recueillie sur Tarbre d*un moteur est égale à la puissance électromagnétique développée par la réaction des courants de Tarmature sur le champ magnétique inducteur, moins les pertes d'énergie p dues aux frottements, à Thystérésis et aux courants de Foucault dans Tarma-

* Cf. Mordey, « On dynamos », Insl, of El. Eng., mai 1897.

ture ; la puissance électrique dépensée est égale, d*autre part, à la puissance développée, plus l'énergie zs consommée par effet Joule dans Tinduit et les inducteurs et qui est fournie directement par le réseau.

Le rendement a donc pour expression *

'^^ E/. + ut' (**)

qu'on peut écrire aussi, en appelant i le courant total consommé,

'^- ïïî •

Pratiquement, le numérateur se détermine non par le calcul, mais par l'expérience, en mesurant au frein de Prony le couple Ca développé sur Tarbre et le multipliant par 2?:^, n étant le nombre de tours par seconde. D'où