CONTINU

564. — Réversibilité des dynamos à courant continu. — Lorsqu'on relie une dynamo à courant continu à un générateur électrique produisant une différence de potentiel constante, on constate que la dynamo prend un mouvement de rotation qui s'accélère jusqu'à ce que l'effort moteur soit égal au couple résistant. En même temps le courant qui traverse l'appareil diminue graduellement à mesure que la vitesse augmente, ce qui accuse dans la dynamo le développement d'une force conire-électromotrice croissant dans certaines limites avec le travail effectué.

Les machines à courant continu sont donc réversibles; elles peuvent être utilisées aussi bien pour la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique que pour la production de l'effet inverse. Les dynamos employées pour développer du travail mécanique reçoivent le nom <ï électromoteurs.

Afin de rendre compte du mouvement de l'armature d'un électromoteur, considérons une dynamo à induit annulaire et à excitation en série , fig. 33 j» Le courant envoyé dans la machine produit dans

ELECTROMOTEURS.

les inducteurs un flux de force magnétique traversant l'armature dans la direction N S. Chaque spire de Tinduit est sollicitée à se déplacer de manière à embrasser le plus grand ftux de force possible

Fig. 337.

par sa face négative, § i3i. Les spires situées dans le quadrant A reçoivent le flux par la face négative ; elles tendent à se mouvoir en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, de manière à rendre maximum le flux qui les traverse. Les spires du quadrant D, qui embrassent au contraire les lignes de force par la face positive, tournent dans le même sens afin de provoquer une diminution du flux qui les traverse. En raisonnant de même pour les deux autres quadrants, il est aisé de voir que Tinduit prend un mouvement de rotation précisément inverse de celui qu'on doit donner à la machine, fonctionnant comme génératrice, pour lui faire produire le même courant. Ce fait découle directement de l'application de la loi de Lenz, § i65. Il est du reste commun à toutes les dynamos à courant continu, quels que soient le mode d'excitation des inducteurs et le système d'enroulement de Tinduit.

565. — Calage des balais. — Par suite du changement de sens de la rotation, l'inclinaison des balais du moteur doit être intervertie, afin d'éviter le broutement sur le collecteur des lames ou des fils qui les composent.

Dans les moteurs, comme dans les générateurs, on doit faire varier la position des balais jusqu'à supprimer ou du moins à atténuer,

THÉORIE DES ÉLECTROMOTEURS. 146

dans la plus grande mesure possible, les étincelles au collecteur. Dans ce but, les balais doivent être calés, par rapport au mouvement de rotation, en arrière de la ligne équidistante des pôles, de manière que les bobines commutées soient dans un champ magnétique d'intensité suffisante pour renverser le sens du courant et amener celui-ci à l'intensité normale au moment où cesse la mise en courtcircuit des sections considérées.

La position occupée par les balais sur le collecteur est sensiblement la môme dans un générateur et dans un moteur en série, mais, par suite de l'interversion du sens de la rotation de Tinduit, Tangle de calage du moteur est en arrière, au lieu d'être en avant comme dans le générateur.

566. — Calcul de la puissance et du couple développés par un électromoteur. — Si l'on désigne par i le courant qui se bifurque en deux parties égales dans l'induit d'une machine bipolaire et par Ob le flux magnétique total à travers l'armature, le travail accompli par une spire pendant une révolution autour de Taxe est exprimé par

S'il y a w fils à la périphérie de l'induit tournant à raison de N tours par seconde, la puissance développée est

pzzzin"!^ JJ:,. (i) Or

nN 3(^ = e, (2)

e représentant la force électromotrice d'induction engendrée par la rotation de l'armature dans le champ des inducteurs, § 341 . La puissance |7 a donc aussi pour expression

En vertu du principe de la conservation de l'énergie, la force électromotrice e est nécessairement de sens opposé à la différence de potentiel appliquée à l'électromoteur. Si Ton désigne celle-ci par E et la résistance de la machine par r, on a

ELECTROMOTEURS.

Désignons par C le couple développé sur l'arbre du moteur. Le travail par tour est 2 tu C et la puissance utile 2 :r C N. En négligeant les frottements mécaniques et magnétiques de la machine, ainsi que les courants de Foucault, on peut écrire Tégalité

d'où

inSP:,

Si Ton impose des valeurs à deux des cinq quantités C, 2, E, e, N, reliées par les équations (2), (4), (5), les trois autres quantités prennent des valeurs déterminées, car r et n sont des constantes dans une machine donnée et le flux dZ> est lié invariablement à rintensité du courant, § 349. Ainsi lorsqu'on règle le couple résistant, par exemple à Taide d'une charge donnée à un frein de Prony placé sur la poulie du moteur , ainsi que la difterence de potentiel E, aussitôt le nombre de tours, l'intensité du courant et la force contre éleciromotrice acquièrent des valeurs définies.

L'équation (5) montre que, dans l'hypothèse où les effets parasites sont nuls dans une machine en série, le couple moteur est indépendant de la vitesse et ne dépend que de l'intensité du courant. M. M. Deprez, qui a énoncé cette proposition, Ta démontrée en fixant sur Taxe d'un moteur en série un frein de Prony chargé d'un poids déterminé , destiné à équilibrer Teffort moteur. En soumettant la machine à une différence de potentiel croissante, il a observé que le courant augmente jusqu'au moment où le moteur se met en marche, c'est à dire jusqu'au moment où le couple résistant est vaincu par le couple moteur. A partir de cet instant le courant garde une valeur à peu près invariable et les accroissements de la différence de potentiel agissante ne provoquent qu'une accélération de vitesse. Celle-ci prend une valeur correspondant à la puissance dépensée.

567* — Rendement d'un électromoteur. — De l'équation (4) on déduit

Le premier membre E/ =: P représente la puissance électrique dépensée ; Pr est la perte en chaleur par l'effet Joule et et = ph

THÉORIE de!s Électromoteurs. 147

puissance développée par Tappareil , dont les pertes parasites sont supposées négligeables. On appelle rendement électrique le rapport

p e E — zr

11 est facile de voir que l'intensité du courant et la puissance dépensée sont maxima lorsque e est nul, c'est à dire lorsque rélectromoteur est maintenu immobile par le couple résistant. Dans ce cas, le rendement électrique est également nul.

Lorsque le couple résistant opposé à Télectromoteur diminue, la vitesse s'accroît, ainsi que la valeur de e. La puissance

augmente jusqu'à une certaine valeur de e. Elle est maxima pour

e=z .A ce moment le rendement électrique est 5o pour 100. Eu

égard à la faible valeur de ce rendement, un moteur électrique ne doit fonctionner que temporairement sous ce régime de puissance maxima , à la mise en marche par exemple. On ne donne pas d'ailleurs aux conducteurs induits une section suffisante pour qu'ils puissent supporter le courant correspondant à la puissance maxima plus longtemps que quelques instants.

Si la vitesse du moteur continue à croître, la puissance p diminue, mais le rendement augmente jusqu'à une valeur qui, dans l'hypothèse admise, peut s'élever jusqu'à l'unité. A ce moment, on a

Ces valeurs correspondent au cas idéal d'un moteur sans frottements ni pertes intérieures d'aucune espèce, auquel on n'oppose aucune résistance. L'appareil se meut alors sans dépense, mais aussi sans production de travail.

Il n'en est pas ainsi dans les électromoteurs réels. Une partie de la puissance théorique p est absorbée par les frottements de Tarbre dans les coussinets et par la résistance de l'air au mouvement de l'induit. Une autre partie est perdue en chaleur par le phénomène d'hystérésis ou frottement magnétique et par les courants de Foucault.

ELECTROMOTEURS.

La puissance utilisable |7„ = 27rCN qu'on peut mesurer au frein sur Taxe de la machine n'est qu'une fraction de la puissance théorique |7. On désigne sous le nom de rendement industriel ou commercial de Télectromoteur le rapport de la puissance utile pa à la puissance électrique dépensée P.

Afin d'apprécier les variations de ces quantités, on mesure, à Taide d'un frein de Prony ou de tout autre appareil remplissant le même but, le travail utile développé par le moteur lorsqu'on fait varier le couple résistant , en maintenant aux bornes la différence de potentiel pour laquelle la machine est construite. On détermine cette différence, ainsi que TiniensitJ du courant, au moyen d'un volimétre et d'un ampèrcmèire.

On peut alors dresser des diagrammes , en représentant la puissance dépensée E/, la puissance mécanique rcLueillie /?„ et le rendement industriel (-,-: par les ordonnées de courbes dont les abscisses

figurent les vitesses du moteur. Les courbes de la ûq, 338 ont

«00 100 isoo

été tracées d'après les résultats fournis par un petit moteur électrique. La courbe du rendement montre qu'il convient de faire fonctionner l'appareil en marche normale à l'allure de 800 tours par minute. On calcule la section des conducteurs de l'armature pour le courant correspondant au rendement maximum.

On observe, dans les bonnes machines, que des variations de vitesse et de puissance assez notables ne modifient pas sensiblement le rendement, ce qui est une propriété très avantageuse des moteurs électriques. Ainsi un moteur Schuckert, d'une puissance nominale de 40 chevaux, a donné 0,80 de rendement industriel en produisant 20 chevaux , o,85 pour 35 chevaux et 0.78 pour 5o chevaux.

THEORIE DES ELECTROMOTEURS. I49

568. — Comparaison des rendements d'une machine fonctionnant comme générateur et comme moteur. — L'expérience prouve que le rendement industriel d'une dynamo ne change pas notablement, soit qu'on l'emploie comme génératrice ou comme réceptrice, à la condition que la machine ait une puissance dépassant 8 à 10 chevaux.

Si, en effet, deux machines en série identiques tournent à la même vitesse, l'une comme moteur, l'autre comme générateur, on constate que, à angles de calage égaux, la force électromotrice e développée dans l'induit est sensiblement la même dans les deux dynamos. En admettant que des courants identiques / traversent les machines dont la résistance est r, les pertes par effet Joule ï^r sont égales. Il en est sensiblement de môme pour les pertes de puissance a dues aux frottements, aux courants de Foucault et à l'hystérésis. Les rendements industriels du générateur et du moteur auront respectivement pour expression

ei — 1*3 r ei — a

ei + a

encore

{et

■ -f- a) [ei

ei + |3 r

(e 1)2 — j3 et

(e/ -f- i^r)\ei-^a)'

Selon que a est supérieur , égal ou inférieur à z* r, le rendement du générateur est supérieur, égal ou inférieur à celui du moteur.

Mais, dans les bonnes machines d'une puissance supérieure à 10 chevaux, ï^ r et a ne représentent que le dixième au plus de ei et ne diffèrent jamais beaucoup , en sorte que les deux expressions précédentes sont sensiblement égales. Toutefois, a est généralement inférieur à ï^ r, ce qui donne un rendement plus élevé au moteur. Dans le moteur, les courants de Foucault dans le fer sont de sens opposé aux courants de circulation dans le fil induit, ce qui tend à affaiblir les flux transversaux et à diminuer le décalage.

Pour les machines de faible puissance, on observe une supériorité de rendement très marquée en faveur du moteur. Cette différence s'explique par une réaction d'induit plus faible dans les moteurs, ainsi que par les circonstances qui affectent l'amorcement des générateurs. On sait que ceux-ci s'amorcent d'autant plus difficilement que leurs dimensions sont plus faibles. Un moteur.

IDO ELECTROMOTEURS.

au contraire, se met toujours en marche, lorsque le couple résistant est proportionné à l'intensité du courant. Il en résulte qu'une dynamo peut avoir un rendement nul comme générateur, tandis qu'elle fonctionne comme moteur.