RÉGULATEURS A ARC VOLTAÏQUE

712. — Conditions à réaliser. — Les lampes à régulateur doivent satisfaire aux conditions suivantes.

i<> Il faut que les charbons, d'abord au contact, s'écartent sous rinfluencedu courant à une distance déterminée et variable avec la puissance lumineuse à obtenir et Tintensité du courant de régime.

2^ Lorsque les crayons s'usent, un mécanisme doit les rapprocher de manière à rétablir Técartement normal ; si Tare se rompt , les deux charbons sont ramenés au contact.

Afin de réaliser ces conditions , le régulateur comprend nécessairement :

i«> Une force motrice tendant à ramener les charbons Tun vers l'autre. Le plus souvent, l'effort moteur est le poids du charbon supérieur et de son support. Parfois , on a recours à des ressorts, voire même à de petits électromoteurs.

2° Un mécanisme de séparation des charbons établissant l'écartement normal lorsqu'on fait passer le courant. Ce mécanisme se réduit généralement à un électro-aimant traversé par le courant et qui attire un noyau ou une armature fixée à l'un des charbons , de manière à provoquer la séparation.

l^ Un mécanisme de rappel de l'usure des crayons, qui se confond parfois avec le précédent et qui , d'autres fois , en est dis-

tinct. Si , par exemple , les charbons sont maintenus à une différence de potentiel constante , rallongement de Tare résultant de Tusure diminue Tintensité du courant et, par suite, Faction, sur son noyau ou son armature, de Télectro-aimant commandant le mécanisme de rappel, ce qui permet aux crayons de se rapprocher.

Il est désirable que Tun des deux mécanismes mentionnés ci-dessus soit à môme d'écarter les charbons à une distance supérieure à la longueur normale , lorsque Ja résistance de l'arc vient à diminuer, par exemple lorsqu'un jet de gaz résulte delà décomposition d'hydrocarbures contenus dans les charbons. Ce réglage combat les variations d'éclat qui se produisent à cette occasion.

Les lampes à régulateur contiennent, en outre , certaines dispositions auxiliaires. Les mouvements des pièces mobiles sont souvent adoucis par des amortisseurs ou des freins. Lorsque de nombreuses lampes sont alimentées en série, un mécanisme particulier met les lampes en court-circuit, quand il s'y produit une extinction amenée, par exemple , par une rupture des crayons. Enfin , dans certaines lampes destinées à brûler, sans interruption, pendant un laps de temps considérable, tel que 16 ou 20 heures, on évite l'emploi de charbons d'une longueur excessive en combinant deux paires de crayons , dont Tune est maintenue écartée jusqu'à ce que l'autre soit consumée. On arrive au môme résultat par l'emploi de deux charbons plats de grande largeur placés, dans un même plan, dans le prolongement l'un de l'autre. L'arc jaillit entre les bords des charbons et se déplace de manière à réunir les parties les plus voisines de ceux-ci. On fait également usage de crayons multiples, formant des faisceaux plats et produisant un effet analogue au précédent. Ces combinaisons procurent une durée de fonctionnement très considérable , mais elles n'assurent pas la même fixité à la lumière que le dispositif ordinaire.

Pour simplifier le mécanisme, on supporte fréquemment le charbon inférieur d'une manière invariable. Le crayon supérieur se déplace seul au fur et à mesure de Tusure des charbons. Mais, dans ce système, l'arc descend progressivement et il n'est pas possible de faire usage de réflecteurs et de projecteurs. Ceux-ci exigent que le point lumineux reste fixe et que les deux crayons soient mobiles, leurs courses étant réglées d'après leurs usures respectives.

REGULATEURS A ARC VOI.TAIQUE.

Nous exposerons d'après M. Pasqualini (*) le principe des organes de rappel de Tusure des charbons les plus employés.

La lumière émise par Tare voltaïque dépend de sa longueur /, de rintensité du courant f, de la différence de potentiel e des extrémités des crayons et du diamètre de ceux-ci. Or, on a vu que, pour des charbons donnés et un courant d'intensité déterminée , on a la relation

oii a et b sont des constantes.

Il en résulte qu'avec des charbons d'un certain diamètre, l'intensité lumineuse est une simple fonction dee et de /. Les régulateurs peuvent avoir pour objet de maintenir constante une de ces deux quantités ou une fonction de celles-ci.

713. — Régulateurs à courant constant. — Ainsi les premiers régulateurs employés étaient à courant constant. Le schéma , fig.467 , montre le principe d'un tel appareil dans lequel le charbon inférieur est supposé fixe. Le poids du charbon supérieur et de son

Plg. 467.

porte-charbon sert de moteur pour rapprocher les crayons. Ce poids est partiellement équilibré par un noyau susceptible d'être attiré par un solénoïde en série avec les crayons. Les efforts sont transmis par des cordelettes à des poulies figurées au croquis. Au moment de l'envoi du courant, le noyau est attiré et les

(h La Lumière Electrique , t. 34 , page 3 12.

charbons s'écartent; Téquilibre est obtenu lorsque l'attraction magnétique compense la différence/? entre le poids moteur et celui du noyau.

Le noyau est tellement proportionné que, sous un courant constant et dans les limites de course prévues, Tatiraction est invariable , quelle que soit la position du noyau dans le solénoidc. On a vu, au § I 54, que cette condition est réalisée dans des limites assez étendues avec des noyaux à section décroissante. Dans cette hypothèse, en appelant n le nombre de spires et k une constante, la condition d'équilibre est

k ni = p ; d'où Téquation du régulateur

Afin que la force attractive reste bien constante , on est amené à limiter autant que possible la course du noyau, en employant des poulies de diamètres différents, comme l'indique la figure.

Dans certains appareils, l'électro-aimant régulateur n'agit pas directement sur le porte-charbon supérieur. Celui-ci est sollicité par un mécanisme, dont le fonctionnement est arrêté par l'armature de l'électro-aimant. Dans ce système, qu'on peut appeler d déclic^ par opposition au système à action directe, l'électroaimant a pour effet de vaincre la résistance d'un ressort qui s'oppose au mouvement de l'armature. En appelant / l'effort résistant du ressort, l'équation du régulateur devient

k ni —f.

Le système à déclic n'a pas une action continue, comme le système à action directe. Il ne fonctionne que lorsque le courant dépasse des limites déterminées.

714. — Régulateurs à potentiel constant. — Dans une seconde classe d'appareils , dont une disposition théorique est indiquée dans la rig. 468, le rappel de l'usure est effectué par un solénoîde monté en dérivation par rapport aux crayons , le poids du noyau étant ici plus grand que le poids du porte-charbon supérieur.

RKGni.ATF-nr<S a AUC VOI.TAÏQUE.

Un mécanisme spécial, non indiqué dans le dessin, a pour effet de maintenir les charbons au contact lorsque le courant est nul. Quand le courant passe, Técart normal est déterminé par réquilibre entre le poids p et Pattraciion magnétique du solénolde.

Fig. 468.

En appelant n' le nombre de spires du solénoïde, r sa résistance et ;' l'intensité du courant qui le traverse, on a

Mais comme

La seule variable de Téquation précédente étant e, la formule du régulateur est

d'où le nom de régulateurs à potentiel constant donné à cette classe d'appareils.

Généralement dans ces régulateurs, le charbon supérieur est retenu par un déclic commandé par le solcnoïde, et Técartement des crayons est produit par un électro-aimant en série qui déplace le charbon inférieur lors de la fermeture du circuit. Lorsque Tare s'allonge, il arrive un moment où le déplacement du noyau du solénoïde est sufrisant pour agir sur le déclic et le charbon supérieur descend par son poids, jusqu'à ce que Tare normal soit rétabli.

7^5- — Régulateurs différentiels. — Dans une troisième classe d'appareils, les deux mécanismes précédents sont combinés, (n double noyau équilibre exactement le poids du crayon supérieur ei de son support et pénètre à la fois dans deux solénoïdes, dont

Fig. 469.

Tun est en dérivation et Tauire en série par rapport aux crayons. Au moment de la fermeture du circuit, le courant principal est très intense, Taction du solénoïde inférieur prédomine, les crayons s'écartent et Tare jaillit. L'écart normal est réglé par la condition

A* Il ( 2 + ' ) = k' n i ,

d'où

k' n' — kn

= Cte.

Dans ce système, le rapport de la différence de potentiel à l'intensité du courant, c'est à dire la résistance apparente de l'arc, reste constant. Ces régulateurs sont dits différentiels ou à résistance constante. Ils sont les plus sensibles aux variations des facteurs électriques e , / , par le fait même qu'ils obéissent à une action différentielle. Cependant beaucoup de constructeurs préfèrent les lampes en dérivation, qui sont moins influencées par une baisse momentanée de tension.

Ces combinaisons s'appliquent aux courants alternatifs, si Ton a soin de donner aux électro-aimants des noyaux lamellaires ou filiformes destinés à diminuer les courants de Foucault.

RÉGUI.ATEURS A ARC VOLTAÏQUR. 4o3

716. — Alimentation des régulateurs. Résistance additionnelle. —

Examinons le cas où les régulateurs sont alimentés en dérivation. On est alors obligé d'ajouter en série avec chaque lampe une résistance additionnelle^ car, les crayons ayant une résistance faible, le générateur électrique serait mis en court-circuit au moment de l'allumage et chaque fois que les charbons viennent au contact, ce qui occasionnerait des chocs au moteur et des variations dans les autres lampes placées en dérivation. En outre, comme la résistance de Tan: diminue à mesure que le courant augmente, celui-ci tend à croître de plus en plus, et il n'existe pas de régulateur susceptible d'agir assez vite pour empêcher rétablissement d'un courant d'intensité exagérée. La fonction de la résistance additionnelle est de réduire la différence de potentiel aux charbons en provoquant une chute de tension croissant avec Tintensité du courant. Il est d'ailleurs évident qu'à défaut de cette résistance, un régulateur à potentiel constant ne pourrait fonctionner dans une distribution à tension invariable, car le mécanisme de rappel de l'usure des charbons, étant basé sur les variations mômes de la différence de potentiel, serait sans action.

Les résistances additionnelles se composent d'hélices en métal , disposées à l'air libre et soutenues par des isolateurs dans des châssis métalliques. On utilise parfois des boudins de fil de fer mince, enroulés sur des tubes à gaz avec interposition de mica. Ce fil s'échaufi*e fortement lorsque les charbons de la lampe viennent accidentellement en contact et la résistance additionnelle augmente avec la température, c'est à dire avec l'intensité du courant, contrairement à la résistance de l'arc, qui décroît dans ces conditions. Il y a là une compensation qui vient en aide à l'action du mécanisme pour régulariser le fonctionnement de la lampe.

D'une manière générale, plus la résistance additionnelle est grande , moins le mécanisme du régulateur exige de sensibilité pour maintenir le foyer constant.

M. De Puydt calcule de la manière suivante la résistance additionnelle minima pour un foyer intercalé dans une distribution à potentiel constant.

Comme le mécanisme d'un régulateur ne possède pas une sensibilité indéfinie, il est indispensable que l'arc puisse se maintenir lors d'une variation faible du courant d'alimentation. Or, à écar-

4^1 KCr.AIBAr.F. Er.ECTRIQUF!.

lement constant , la résistance apparente d'un arc augmente plus vite que le courant ne diminue et inversement; en sorte que loui affaiblissement du courant entraîne une augmentation de la différence de potentiel aux charbons et réciproquement. Ainsi, dans un arc de 4,5 mm , fonctionnant avec un courant de 20 ampères et une différence de potentiel aux crayons de 46 volts, une diminution de courant de 2 ampères amène un accroissement de tension aux charbons de i volt. Il est donc nécessaire que la chute de tension dans la résistance additionnelle diminue d'une quantité équivalente pour donner à Tare la différence de potentiel qu'il exige. En appelant r la résistance additionnelle, on a la condition

' 2 r =: i d'où r r= \ ohm.

La chute de tension totale avec le courant normal de 20 ampères est alors de 10 volts.

Avec les courants alternatifs, on fait usage de bobines à réaction, §446, qui entraînent une perte d'énergie moindre que les résistances sans self-induction.

On compte généralement qu'une différence de potentiel de 65 volts est nécessaire pour alimenter des lampes disposées en dérivation et absorbant 8 à 10 ampères. La chute de tension moyenne entre les crayons est de 42 volts ; les crayons ayant 25 à ^o cm de longueur absorbent 3 volts ; Télectro-aimant dispose éventuellement en série présente une résistance de o,o5 à 0,2 ohm et dépense, avec la résistance additionnelle , la dizaine de volts restante. Les électro-aimants en dérivation reçoivent une résistance variant de 200 à 5oo ohms.

Il faut remarquer qu'une pile ou une dynamo de résistance suffisante peut alimenter un arc unique, la résistance du générateur même faisant fonction de résistance additionnelle.

Avec les courants alternatifs , la différence de potentiel aux crayons est réduite , et l'emploi des bobines à réaction permet de restreindre la tension de distribution à 45 ou 5o volts.

On diminue la perte occasionnée par les résistances additionnelles en mettant plusieurs arcs en série sur une distribution à tension constante. Avec une distribution à 1 10 volts, on alimente aisément deux arcs en série en employant une résistance additionnelle réduite.

REGULATEURS A ARC VOLTAÏQUE. 40D

Lorsque le nombre des lampes dépasse 5 ou 6 , on supprime la résistance, les lampes se régularisant mutuellement.

Les régulateurs à courant constant ne peuvent toutefois être associés en série dans une distribution à potentiel constant , car il est alors impossible de maintenir les arcs au même écartement dans les divers appareils. Le courant, qui règle les foyers, conserve, en effet, une valeur invariable lorsque la résistance totale des arcs est invariable. Or, cette condition peut être satisfaite avec des arcs inégaux, pourvu que Texcès de résistance des uns compense le défaut de résistance des autres. Cette raison a fait abandonner à peu près complètement les régulateurs à courant constant.

En vue d'économiser les conducteurs , on dispose souvent les arcs en série au nombre de 3o à 5o, en les alimentant par un générateur à courant invariable. Il est évident que, dans un cas semblable, il faut recourir aux systèmes de régulateurs à potentiel constant ou à résistance invariable.

Les systèmes de régulateurs sont excessivement nombreux. Nous ne décrirons que quelques types, à titre d'application des principes précédents.

717. — Régulateur Jaspar. — Le régulateur Jaspar appartient au type des régulateurs à courant constant. Les deux porte-charbons t et t se déplacent dans des glissières et leurs mouvements sont rendus solidaires grâce à des cordelettes qui sont fixées, d'une part, aux extrémités de ces porte-charbons et, de l'autre, à deux poulies R, calées sur le môme axe. Les diamètres des deux poulies sont dans le rapport de 2 à i, de sorte que, lorsque l'axe tourne, le charbon supérieur se déplace d'une longueur double de celle parcourue par le charbon inférieur. De cette manière, on parvient à rendre fixe le foyer lumineux lorsqu'il est alimenté par un courant continu.

Le poids du porte-charbon supérieur détermine le rapprochement des charbons. Ce poids est partiellement équilibré par celui du porte-charbon inférieur et d'un contre-poids P, relié à l'axe des poulies par une cordelette et mobile sur son bras de levier; on règle l'effort moteur d'après l'intensité du courant. Celui-ci arrive au chî^rbon supérieur par la glissière en contact avec le portecharbon ; il descend par le crayon inférieur dans une cataracte à

mercure D, qui a pour effet d'adoucir les mouvements du mécanisme; enfin, il sort de l'appareil après avoir traversé un solênoide à gros lil S, Le porte-charbon C est terminé par un cylindre de 1er plongeant en partie dans le solénoïde. Lorsque le couraoi est établi en réunissant la lampe et sa résistance additionnelle à un générateur à différence de poicniiel constante, le cylindre est attire et l'arc jaillit entre les charbons ; à mesure que ceux-ci s\caneni.

Fig. 4;o.

l'iniensité du courant et , par conséquent , l'attraction qu'exerce le solénolde sur le porte-charbon inférieur diminuent ; il en est ainsi jusqu'au moment oit cette attraction fait équilibre au poids moteur. Lorsque l'arc s'allonge par suite de l'usure des charbons , le poids moteur rapproche ces derniers jusqu'à ce que l'intensité du courant ait repris sa valeur de régime.

L'attraction du noyau par le solénolde varie avec sa position dans celui-ci. On pourrait régulariser celte action par l'adopiion de noyaux coniques, § 1 54. Dun autre coté, le charbon supérieur

REGULATEURS A ARC VOLTAIQUE.

se consume plus rapidement que Tautre, en sorte que la force motrice varie légèrement. Afin de corriger ces écarts des deux forces antagonistes, M.Jaspar a placé , excentriqucment par rapport à Taxe des poulies, un contrepoids r dont le bras de levier varie avec la position des poulies , de manière à compenser à chaque instant les variations susdites. Le haut du porte-charbon supérieur est muni de genouillères mobiles qui permettent de disposer les crayons exactement Tun dans le prolongement de Tautre. Avec des charbons bien droits, tenus dans des griffes solides et convenablement dressées, cette disposition est inutile. On a vu, au § 716, la raison pour laquelle les régulateurs de ce système sont abandonnés.

718. — Régulateur Gramme. — Cette lampe appartient à la classe des régulateurs à potentiel constant. Le crayon inférieur, porté par les tringles E E, est sollicité, d'une part, par les ressorts R R , de Tautre , par un électro-aimant en série A A, daijs lequel plongent des noyaux fixés à une traverse C. Cet électro-aimant provoque Técartement normal des charbons au moment de la fermeture du circuit de la lampe. L'arc produit , le porte-charbon inférieur reste fixe. Le mécanisme de rappel de l'usure est mû par le poids de la crémaillère D, agissant sur une série de rouages dont le dernier est une roue étoilée , arrêtée par un encliquetage S. Le doigt de Tencliquetage est suspendu

Fig, 471.

au levier L, sur lequel est fixée Tarmature I de rélectro-aimam en dérivation B. Lorsque ll^irmature rappelée par un ressort U s'abaisse sous Teffet d'un accroissement de différence de poicniicl dû à Tusure des charbons, le rouage est débrayé et le porte-charbon supérieur descend.

Pour éviter un rapprochement trop brusque et trop considérable, on a recours à l'artifice suivant. Le doigt d'encliquetage, en se retirant pour dégager la roue éioiléc, coupe le circuit de la bobine en dérivation au contact de la vis M et de la lame N. Ils'cnsuii que Tarmature I se relève immédiatement et que la roue éioiléc ne peut tourner que d'une dent, ce qui correspond à un déplacement très faible du charbon supérieur. Mais le relèvement de l'armature rétablit le courant comme dans les sonneries trembleuses et les mêmes actions se répètent tant que l'arc n'a pas repris sa longueur normale. Par ces dispositions , le mouvement de réglage se produit à des intervalles réguliers et par quantités insensibles, conditions indipensables pour obtenir une lumière fixe.

719. — Lampe Brush. — La lampe Brush appartient à la classe des régulateurs différentiels. Le porte-charbon inférieur est fixe. Le porte-charbon supérieur mobile tend à descendre par son

l^'ig- 472.

poids contre le précédent. Il est engagé dans une bague A, saisie latéralement par une fourchette F portée par l'armature de l'éleciroaimant régulateur E ; celui-ci comprend une bobine à gros fil en série et une bobine à fil fin en dérivation, agissant en sens contraire