A COURANT CONTINU

569. — Moteurs excités en série. — Les distributions d'électricité se faisant à courant constant (distribution en série) ou à tension constante (distribution en dérivation), il importe d'étudier les conditions de fonctionnement des moteurs dans ces deux hypothèses.

Lorsqu'un moteur excité en série est traversé par un courant constant, le flux de force et, par suite, le couple moteur gardent une valeur invariable quelle que soit la vitesse, ainsi qu'il résulte de l'équation

Le moteur ne démarre par conséquent que si le couple résistant est inférieur à cette valeur. Si la charge décroit, la vitesse s'accélère jusqu'à ce que les résistances passives compensent la diminution de charge.

Lorsque c'est la différence de potentiel qui est maintenue constante aux bornes du moteur, le courant qui traverse ce dernier atteint une valeur maxima lorsque l'induit est immobile. A ce moment, le flux 3f(:> et le couple moteur ont leurs plus grandes valeurs.

Si le couple résistant ne dépasse pas la grandeur correspondant au courant initial, le moteur se met en marche avec une vitesse croissant jusqu'à ce qu'il y ait équilibre entre l'effort moteur et les résistances, La force contre-électromotrice s'accroît avec la vitesse, ce qui diminue le courant et, par suite, le flux dZ et le couple C. Lorsque les résistances décroissent au point que le moteur n'a plus à vaincre que ses frottements propres, celui-ci prend une vitesse telle que la force contre-électromotrice devient à peu près égale à la différence de potentiel aux bornes. Comme le champ

i d'excitation DE!

décroît avec le courant, cette condition n'est réalisable qu'au prix d'une vitesse dépassant notablement la valeur normale.

Dans les très petits moteurs, où les résistances passives sont relativement grandes, la vitesse n'atteint jamais à vide une valeur dangereuse ; mais, dans les grands moteurs, il n'en est pas de miime, et il est préférable, lorsque la charge est exposée à décroître au delà d'une certaine limite, de recourir à l'enroulement en dérivation ou à l'enroulemeni compound.

570. — Rhéostat de démarrage. — Lorsqu'un moteur relié à une distribution à tension constante est mis en marche sous une forte charge, le courant peut atteindre une intensité dangereuse pour les conducieurs de la machine, avant que celle-ci ail acquis la vitesse

de régime et ait pu développer une force contre-électromotrice s'opposant à la production d'un courant excessif. On prévient cet accident en intercalant à la suite du moteur un rhéostat variable dont on diminue progressivement la résistance à mesure que la vitesse s'accroît. Par économie, on emploie parfois dans ce but un rhéostat à liquide, consistant en deux séries d'élecirodes plongeant dans un bain de bicarbonate de soude dissous dans l'eau. La série des anodes en cuivre peut être descendue à l'aide d'une manivelle de façon à diminuer graduellement la résistance du bain. Lorsqu'elle

l52 ÉLECTROMOTEURS.

est à fond de course , des couteaux pénètrent dans des mâchoires et mettent le bain en court-circuit. Au bout d'un certain temps d'emploi , les anodes doivent être renouvelées.

Les rhéostats métalliques sont d'un meilleur usage. On les munit quelquefois d'un électro-aimant disjoncteur qui interrompt le courant lorsque celui-ci devient trop intense par suite d'une surcharge accidentelle du moteur.

571. — Moteurs excités en dérivation. — On a vu que si l'on envoie dans une machine en série un courant de même sens que celui qu'elle produit comme génératrice, le sens de rotation de l'induit est interverti. Ce changement de marche ne se produit pas dans une dynamo en dérivation, car, dans ce cas, le sens du flux de force est différent suivant que le courant est dû à l'induit ou à une source extérieure, § 346. Pour un même courant dans l'armature, le sens de rotation d'une machine excitée en dérivation est invariable lorsqu'elle fonctionne comme génératrice ou comme réceptrice. Toutefois, le calage des balais, qui est en avance dans le générateur, vient en arrière dans le moteur.

Les deux systèmes d'excitation présentent des différences notables . au point de vue des variations du couple moteur.

Pour discuter les conditions de fonctionnement du moteur en dérivation , il faut joindre aux relations

ÎZ

où i et r expriment le courant et la résistance de l'induit, l'équation

dans laquelle fd et d représentent le courant et la résistance des inducteurs, cette dernière étant très supérieure à r.

Lorsqu'on introduit dans une distribution en série à courant constant un moteur en dérivation , le courant dérivé dans le^ inducteurs est d'abord très faible, en sorte que le flux <3b est minime

MODES d'excitation DES MOTEURS A COURANT CONTINU. l53

ainsi que le couple moteur ; mais si on laisse tourner Tarmature sans charge, la force contre -électromotrice qu'elle engendre accroît rapidement la différence de potentiel aux bornes; le courant dans les inducteurs et, par suite, le couple moteur augmentent et la machine devient capable de surmonter une résistance croissante. Si la charge normale doit être appliquée au moteur quand il est au repos , on introduit , à la suite de Tinduit, une résistance additionnelle destinée à accroître l'excitation initiale des inducteurs et qui est enlevée graduellement à mesure que la marche de la machine s'accélère.

Lorsque Télectromoteur est alimenté par une distribution en dérivation, la différence de potentiel E aux bornes de la machine est constante ; le courant U reste invariable.

Par suite, le couple moteur est maximum au démarrage et décroît progressivement quand la vitesse augmente. La décroissance est toutefois moins rapide que dans le moteur en série, car dans ce dernier i et X diminuent ensemble, tandis que dans le moteur en dérivation , soumis à une tension constante , le flux varie peu. On aura soin d'intercaler à la suite de l'armature un rhéostat capable d'empêcher la production d'un courant excessif dans rinduit lorsque ce dernier démarre à pleine charge.

On voit, d'après ce qui précède, que l'enroulement en dérivation, employé avec une tension constante, est très bien approprié aux cas où la charge est variable. Au démarrage, le moteur donne un couple moteur énergique, et, à mesure que la vitesse s'accélère, le couple diminue ainsi que la dépense de courant, contrairement à ce qui se produit dans les moteurs à air ou à eau, où la dépense de fluide croît avec la vitesse, à moins qu'un régulateur n'intervienne pour modérer l'admission. Si, pour une cause quelconque, l'effort appliqué au moteur change de signe, la machine devient génératrice et son courant contribue à accroître l'énergie fournie à la distribution, le sens du courant restant constant dans les inducteurs.

La régularisation automatique de la consommation d'énergie , due à la force contrc-électromotrice, fait que la machine électrique en dérivation est admirablement appropriée aux besoins de rindustrie et aux usages domestiques. Aucun autre moteur existant ne présente la même simplicité de mécanisme et de conduite.

La vitesse d'un moteur excité en dérivation et dont les bornes

l54 EI.ECTROMOTEURS.

sont maintenues à une différence de potentiel constante n'est pas notablement affectée par les fluctuations de la charge. En effet, la force contre-électromotrice ayant pour expression

e = n'N 3(^3 = E — ir, le nombre de tours de Tinduit est, par seconde,

On remarque que les deux termes du rapport ci-dessus décroissent lorsque Tintensité du courant dans Tinduit augmente, car le flux de force diminue à cause du flux antagoniste dû à Tinduit. Le nombre de tours varie donc peu avec le courant, lequel est sensiblement proportionnel au couple moteur.

Il est intéressant de rapprocher cette propriété du moteur en dérivation de celle que présente la même machine lorsqu'elle est employée comme génératrice : mue à une vitesse invariable, elle développe une différence de potentiel à peu près constante aux bornes.

En résumé, dans le moteur en dérivation soumis à une différence de potentiel constante, le couple est maximum au démarrage et diminue progressivement à mesure que la vitesse augmente et que la force contre-électromotrice affaiblit le courant de Tinduit.

Une fois la vitesse de régime atteinte, celle-ci varie peu dans les limites de charge de la machine.

572. — Électromoteurs à excitation composée. — Si, dans un moteur en dérivation soumis à une différence de potentiel constante, la réduction du flux provoquée par la réaction d'induit est trop faible pour conserver à la vitesse une valeur invariable, il est possible d'arriver à ce résultat en enroulant sur les inducteurs, outre les bobines en dérivation , un certain nombre de spires en série avec Tinduit, dans lesquelles le courant est dirigé de manière à affaiblir l'excitation. On obtient de la sorte une action inductrice différentielle , et l'excitation diminue à mesure que le courant augmente.

Pour opérer le démarrage de l'électromoteur, il y a lieu alors de supprimer l'excitation en série à la mise en marche ou mieux

MODES d'excitation DES MOTEURS A COURANT CONTINU.

encore de renverser, à ce moment, le courant dans les bobines en série et de ne rétablir le sens normal que lorsque le moteur a pris son allure régulière.

Ce système d'enroulement ne convient pas lorsque les efforts résistants sont très variables, car alors le courant dans Tinduit et dans les bobines en série peut atteindre une intensité telle que Taîmantation des inducteurs court le risque d'être intervertie.

Parfois, on maintient les liaisons de Tenroulement compound de telle sorte que les effets des inducteurs en série et des inducteurs en dérivation s'ajoutent en marche normale au lieu de se retrancher comme dans le cas précédent. Une telle combinaison participe des propriétés des moteurs en série et des moteurs en dérivation. Elle est particulièrement appropriée au cas où la source d'électricité est incapable de maintenir une différence de potentiel constante au démarrage; alors l'enroulement en dérivation seul est insuffisant ; il convient de renforcer l'excitation initiale grâce à un enroulement en série auxiliaire.

573. — Caractéristiques mécaniques des moteurs. — Les propriétés des divers types d'enroulements sont nettement mises en relief au moyen de courbes dont les abscisses représentent les valeurs du couple moteur et les ordonnées les nombres de tours par minute.

Les courbes i, 2, 3, 4 de la fig. 340, tracées par ce procédé, se

Fig. 340.

rapportent respectivement à des moteurs en série, en dérivation, à deux enroulements différentiels et à deux enroulements concourants, soumis à une différence de potentiel constante.

l56 ÉLECTROMOTEURS.

La courbe i montre que la vitesse d'un moteur en série est essentiellement variable avec la charge. Ce système est fort bien approprié aux cas où Teffort au démarrage est considérable. Certains moteurs en série sont capables de donner momentanément un couple initial décuple du couple normal , sans que le courant détériore les conducteurs.

Mais , lorsque la charge tombe à une valeur faible , le moteur s'emporte et atteint parfois des vitesses capables de compromettre sa solidité. Dans un cas semblable, on préfère recourir au moteur excité en dérivation qui, comme le montre la courbe 2, présente une régularité d'allure souvent suffisante pour la pratique. Lorsque la source d'électricité ne peut maintenir une tension initiale constante, on choisira le système des deux enroulements concourants (courbe 4). Si enfin la vitesse doit rester absolument constante, les deux enroulements différentiels fournissent une solution rigoureuse (courbe 3).

On voit par ce qui précède que, sans faire intervenir de régulateurs mécaniques comme dans les moteurs à vapeur ou à eau, on peut, grâce à un choix convenable du mode d'enroulement, satisfaire à Taide des moteurs électriques aux conditions les plus diverses. Ces appareils se distinguent donc par une grande simplicité dans les organes.

574. — Systèmes employés pour modifier la puissance et le sens de marche des moteurs. — Lorsqu'on doit faire varier la puissance ou le sens de marche des moteurs, on a recours à des dispositifs spéciaux. Quand la machine est alimentée par une distribution à tension constante, le moyen le plus employé pour modifier sa puissance consiste à introduire à la suite du moteur une résistance variable permettant de graduer la différence de potentiel appliquée aux bornes de la machine.

Pour changer le sens de la rotation d'un moteur, il faut changer le sens du courant dans l'induit ou dans Tinducteur seulement. Si l'on intervertissait le courant dans les deux organes à la fois, le flux de force et le courant continueraient à réagir dans le même sens qu'auparavant. Cette remarque suggère la possibilité d'alimenter un électromoicur en série par des courants alternatifs, mais certaines difficultés s'opposent, comme on le verra, à réalisation de cette idée.

s MOTEURS A COURANT

Lorsqu'on doit intervertir le sens de marche d'un moteur, il faut prévoir une disposition permettant de modifier convenablement la position et l'inclinaison des balais.

Dans le moteur Rcckenzaun, Hg. 341 , ce changement s'opère à l'aide de deux paires de balais, l.cs deux balais qu'on voit en

Fig. 341.

avant du collecteur et qui sont destinés à servir alternativement sont fixés ainsi que les deux autres balais , situés à l'arrière du collecteur, à desbalanciersqui font partie d'un parallélogramme articulé. En déplaçant le levier figuré à la droite du dessin , on fait pencher les balanciers dans le même sens et l'on amène à volonté l'une ou l'autre des paires de balais en contact avec le collecteur.

Voici, fig. 342, une combinaison analogue employée par M. Immisch, Les balais G oscillant autour d'articulations E sont

l58 ÉLECTROMOTEURS.

appuyés sur le collecteur par des ressorts J. Les dt-ux couples de balais GG, , GoGg, correspondant aux deux pôles, sont fixés sur des balanciers L. Ces balanciers peuvent ôire inclinés dans un sens ou dans Tautre à Taide d'une bielle N, mue par un levier O et dont la course est limitée par des crans d'arrêt P^ Pj. Selon que le levier est manœuvré à droite ou à gauche, c'est la paire de balais GG3 ou la paire G^Gg qui est mise en contart avec le collecteur.

Lorsque les réactions d'induit sont faibles, l'angle de calage est minime et les balais peuvent, aux dépens d'une quantité plus ou moins forte d'étincelles, être calés à la ligne de symétrie dès pôles. On emploie alors des frotieurs massifs qui conservent une position invariable, quels que soient le sens et la vitesse de rotation. Ce système est très usité dans les moteurs des tramways, qu'on soumet à des régimes de courant variables et dans lesquels il est impossible de modifier continuellement l'angle de calage. Les étincelles sont alors un mal presque inévitable et tout ce qu'il est possible de faire est de proportionner les moteurs de manière à en produire le moins possible. On peut toutefois , ainsi que Ta préconisé M. Svvinburne, § SgS, éviter les étincelles en disposant entre les pôles inducteurs des pôles auxiliaires couvrant les sections de l'induit commutées. ( *)

M. Elihu Thomson a employé avec succès des frotteurs constitués par des blocs de charbon aggloméré et durci. Par suite de la résistance de contact offerte par ce corps, les courants sont affaiblis dans les sections passant sous les balais.

Pour changer le sens de la rotation , on intervertit, à l'aide d'un commutateur, le courant dans l'inducteur ou dans l'induit après avoir eu soin de réduire le courant à une valeur très minime par le moyen d'un rhéostat, afin d'éviter la production de fortes étincelles d'extra-courant aux balais.

M. Sprague emploie, pour renverser la marche et graduer la puissance des moteurs, le système suivant. Les inducteurs constituent deux circuits à fil fin séparés et dérivés par rapport aux

(* ) SwiNBURNE, Theory of armature reactions in dynamos and motors Journal of the Institution of Electrical Engineers , 1890.

CONSTRUCTION DES ÉLECTROMOTEURS A COURANT CONTINU. I Sg

conducteurs de distribution, fîg. 343. L'induit peut être reJié en différents points de ces circuits à la manière du galvanomètre dans un pont de Wheaistone. Lorsque les points de liaison sont au milieu, le courant est nul dans Tinduit et le moteur ne développe pas d'effort. Si Ton écarte Tun des points de liaison vers Tenirée du

Fig. 343.

courant et l'autre vers la sortie, le moteur se meut avec une vitesse croissante. Si les contacts sont glissés en sens oppose, le moteur prend un mouvement inverse. On peut ainsi obtenir une commande très docile sans courir le risque de provoquer des étincelles dangereuses aux balais. La disposition précédente est appropriée à une distribution en dérivation.