NT

À vitesse constante, le sinus de l'angle de calage est donc proportionnel au courant et cet angle doit diminuer un peu, ‘toutes choses égales, à mesure que la vitesse augmente.

En fonction du circuit extérieur, on aurait

Nr+onxNr tanga— — ————.

T Re

872. Différentes formes d'induits. — L'enroulement du fil sur l'anneau présente des difficultés pratiques, outre l'inconvénient que les parties latérales n'interviennent pas dans la production de la force électromotrice et que les fils intérieurs, nécessaires pour compléter le circuit, produisent une force électromotrice inverse; on emploie souvent d’autres dispositions, en particulier l'enroulement dit en tambour.

L'armature, constituée par une série de disques de fer superposés, forme un cylindre plein. Les disques sont percés d'une cavité centrale pour se monter sur l'arbre; ils portent des dentures correspondantes de manière à constituer à la surface des rainures longitudinales, ou une série de trous voisins de la circonférence, pour y loger les barres du fil induit entourées de leurs enveloppes isolantes. Ce fil forme encore

un circuit fermé ; 1l suit dans un certain ordre les différentes sections de la surface cylindrique, et les parties’ qui relient deux sections différentes, sur une des bases du tambour, communiquent aux touches du collecteur.

Supposons, pour fixer les idées, qu'il y ait 16 sections, numérotées de 1 à 16 (fig. 272). Si l'on parcourt le circuit dans un sens déterminé, tous les retours d’arrière à l’avant se font par les barres d'ordre impair, par exemple, et les chemins d'aller par les barres d'ordre pair, de sorte que les jonctions

sur les bases, telles que 1 et 8, laisseront à part un nombre impair de sections. Partant de la section x, le fil sera enroulé dans l’ordre suivant, la ligne supérieure indiquant les jonctions d'avant et la ligne inférieure celles d’arrière :

YVES RE NE ARRET Te CSN RTE RSS 810 6>13 4>11 2->9 16>7 14->9 12>3 101

S1 le conducteur formait un circuit fermé, parcouru par un courant dans le sens des flèches, il est clair que l’aimantation ne produirait pas de champ extérieur.

Lorsque le tambour tourne dans un champ magnétique, les barres 1 et 8, presque opposées, sont le siège de forces électromotrices contraires qui toutes deux tendent à donner le même signe à la jonction antérieure 1-8.

Si la touche correspondante est au balai positif et la tou-

che de 9-16 au balai négatif, on voit aisément que toutes les barres de 1 à 7 sont parcourues par un courant d’arrière à l'avant, conforme à l’action du champ, et toutes les autres, de 9 à 16, par un courant d'avant en arrière. On évite l’enchevêtrement des fils de jonction sur les bases par des raccords obliques en développantes de cercle.

Pour les machines puissantes, il est plus avantageux d’entourer l'induit par un nombre pair de pôles magnétiques, alternativement de signes contraires, avec un nombre égal de balais sur le collecteur. Le flux magnétique passe alors d'un pôle à l'autre par l’armature de l’induit ; entre deux balais consécufs, le jeu des forces électromotrices est le même que pour une machine à deux pôles.

Dans la machine Desroziers, l'induit n'a pas de fer. Les fils sont disposés radialement sur un disque qui tourne entre deux couronnes d’électro-aimants ; ils sont réunis à leurs extrémités périphériques et centrales par des jonctions analogues à celles de l’enroulement en tambour, de manière que le système équivaut à un anneau Gramme.

813. Des dynamos. — Dans la plupart des cas, le champ magnétique est produit par des électroaimants et on désigne alors les machines sous le nom de dynamos.

Réduite à ses éléments essentiels, la machine comprend :

* l'anneau induil À muni de son collecteur sur lequel appuient les balais C et C'(fig. 253); 2° un inductleur formé par un électroaimant double BB’ dont les noYaux sont réunis par une culasse en fer K et terminés par des pièces polaires P et P qui embrassent une partie de l'anneau.

Si ®, est le flux d'induction magnétique dans l'anneau, déduction faite du flux qui traverse le vide intérieur, le maximum de force électromotrice, pour des balais situés dans le plan transversal, serait 272 NP4.

En réalité, par suite du déplacement des balais et de diverses causes accessoires, on n'utilise qu'une partie ® du flux total et la force électromotrice est

La différence P, — ®, qui tient à l'existence du courant dans l'anneau, est la r d'induit.

La force magnétomotrice dans le circuit formé par les armatures des inducteurs et de l'induit (361) est définie par le courant total inducteur. S'il y a » tours de fil, parcourus par # ampères, la force magnétomotrice est 47 mi.10 -!; pour un enroulement qui contient plusieurs systèmes de courants, les ampère-tours inducteurs seraient Y ri.

Le flux d'induction ® ne dépend que des ampère-tours inducteurs et de la distribution du fer dans le circuit magnétique. En exprimant les forces électromotrices en volts, on a

E=nE;=n2N.r0 = (rt):

On peut traduire cette force électromotrice, en fonction des

ampère-tours inducteurs, par une courbe (!') que M. Marcel Deprez appelle caractéristique de la machine à vitesse cons-

tante. La valeur de E, est la caractéristique ramenée à la vitesse d'un tour par seconde.

Le flux d'induction efficace ® est d’abord proportionnel au courant inducteur, à part le magnétisme rémanent, et devient ensuite à peu près constant lorsque l’aimantation des armatures tend vers son maximum. La courbe ainsi obtenue présente quelquefois, dans l'intervalle, un changement de direction assez brusque; c’est le coude de la caractéristique.

La puissance nécessaire pour faire tourner la machine, abs-

(1) HopxiNsox, Mec. Engin. Instit. Proc.; 1879, p 246 et 1880, p. 266.

ÉLECTRICITÉ INDUSTRIELLE. 829 traction faite des frottements, est EI. A chaque tour d’anneau, l'énergie absorbée est W,—2N1. Le couple moteur est égal

è da

1 4 A : A Hs CO couple pourrait être produit par une force, de même

valeur numérique, agissant à l'extrémité d’un levier de longueur égale à l'unité. M. Marcel Deprez donne encore à la quantité W, le nom d'effort statique ; c’est, en effet, la force

qui donnerait le même couple avec un levier de longueur —; 27%

correspondant à la circonférence d'unité de longueur.

L’excitation des inducteurs exige une dépense que l’on doit chercher à rendre minimum. Si l’on emploie des fils recouverts d'une couche isolante proportionnelle à leur épaisseur et occupant un volume déterminé, la puissance absorbée pour produire un même champ magnétique ne dépend que de la densité moyenne du courant (559) dans la section occupée par le fil; on devra donc chercher l’économie dans le choix du fer, la forme des noyaux et des pièces polaires, et le mode de distribution des courants.

Toutes choses égales, la chaleur dégagée dans les inducteurs est proportionnelle au carré du courant, tandis que l’aimantation croît plus lentement et tend vers un maximum ; il y a donc un degré d’aimantation qu'il n'est pas avantageux de dépasser dans la pratique. La puissance perdue de ce chef ne dépend d'ailleurs que des ampère-tours inducteurs.

D'autre part, le champ étant déterminé, le couple moteur est proportionnel au produit NI, c'est-à-dire au courant total par unité de section de l’ensemble des fils qui entourent l’anneau, ou à la densité du courant. Là encore, en négligeant les effets de self-induction qui se manifestent au passage des balais, l'énergie calorifique correspondante ne change pas si ce produit reste le même.

Sauf une réserve relative aux phénomènes d’induction mutuelle ou de self-induction, on peut donc dire, avec M. Marcel Deprez, que l'énergie nécessaire pour obtenir une valeur déterminée du couple moteur (ou de l'effort statique), est indépendante de la résistance des fils enroulés sur les inducteurs et sur l'anneau, pourvu que le volume occupé respectivement par ces deux systèmes de fils ne change pas.

814. Caractéristiques. — Les courbes caractéristiques peuvent s’obtenir par différents procédés, en supposant d'abord que les courants inducteurs et la position des balais aient été réglés pour le régime normal.

1° Si l’on a déterminé la fonction (9) par les méthodes indiquées précédemment (870), on aura d'abord

2° Faisant tourner la machine, on mesure la force électromotrice E par une méthode d'opposition.

Dans ces deux cas, l'intensité du courant induit est sensiblement nulle, de sorte qu'on laisse à part les effets dus à l’aimantation de l'anneau.

3° La machine en marche produisant le courant I, on appuie sur le collecteur, dans l’azimut 6, un contact en fourche formé de deux branches maintenues par une lame isolante à la distance de deux touches consécutives, et communiquant avec un galvanomètre par un circuit de résistance g. La différence de potentiel des touches est l'excès de la force électromotrice de la section correspondante sur la chute de potentiel relative au courant normal dans la section; le courant à observé donne

, Il Lo —e— Sr —) eE—iS + sr —.

2 2 fi 2

Partant de l’un des balais, par une suite de déplacements angulaires égaux à l'intervalle des touches, on aura ainsi par addition la force électromotrice totale.

Il est encore plus simple d'appuyer près du balai l’une des extrémités du fil du galvanomètre et de déplacer l’autre d’une manière progressive ; le courant dérivé donnera la force électromotrice entre deux touches quelconques.

4° On se borne souvent à mesurer la résistance extérieure x nécessaire pour produire le courant I, en appliquant la formule simple E=T(a+ x). Toutefois, la résistance & de l’anneau ne peut pas être déterminée directement entre les balais sur la machine en repos, parce qu'elle comprend un terme fictif correspondant aux effets de self-induction. On éliminera

cette quantité inconnue par deux expériences faites avec des résistances extérieures différentes x et x’, d'où l’on déduit

E=T(a +æ)=Tl(a+x)— TT (x'— x)

M. Frœlich donne à la quantité P le nom de magnétisme actif. Il a trouvé que pour une excitation directe, le courant de l’anneau servant à exciter les inducteurs, et pour une position fixe des balais, on a sensiblement, en désignant par À et B des constantes particulières à chaque machine,

EN EBTE Cette expression se traduit par une hyperbole passant par l'origine et ayant une asymptote horizontale. Lorsque la machine agit comme électromoteur, le courant est, en appelant à la résistance du circuit inducteur,

[2 nl 4 n "4

(A Bl(atb+z) db Ex Pour que la machine puisse s’amorcer, il faut donc qu'on ait la condition n => A(a+b+x).

La formule de M. Frœlich ne correspond pas assez exactement aux conditions pratiques, mais elle conduit à une consé-

quence intéressante.

Si le champ magnétique avait sa valeur maximum, le cou-

n rantseralltl, — BTE V ES) d'autre part, le courant L, capable de donner au champ une valeur moitié moindre est LE ARRRENS 1, — À A+BL 2B HUE

Il en résulte I An 1 RAA sir A) da

Comme le courant I, ne dépend que de l'anneau et le courant I, de l'inducteur, le courant réel I se trouverait ainsi

exprimé par deux termes qui correspondent respectivement aux deux organes de la machine.

875. Modes d'excitation. — Dans la pratique, les dynamos servant d'électromoteurs fonctionnent à vitesse constante, par suite des organes mécaniques qui les mettent en mouvement, mais le courant extérieur doit être modifiable en raison de ses applications.

Si l'on veut, par exemple, entretenir des lampes disposées en série, le courant doit conserver la même valeur quel que soit, entre certaines limites, le nombre des organes intercalés et, par suite, la résistance du circuit. Si les lampes sont placées en dérivation entre deux conducteurs, l'addition de nouvelles lampes diminue au contraire la résistance, mais la différence de potentiel des conducteurs doit rester invariable. Le problème est alors de réaliser des machines à courant constant ou à potentiel constant.

Lorsque le courant inducteur provient d’une source étranère, il est possible de le modifier et, avec lui, la force électromotrice de la machine, pour satisfaire à l’une ou à l’autre des conditions précédentes. Ces changements se font à la main, dans le cas de variations lentes, ou d’une manière automatique par des appareils que règle le courant utilisé.

Dans la plupart des cas, le courant inducteur est emprunté à la machine elle-même, plus ou moins directement, ce qui exige des combinaisons particulières.

Les travaux de M. Marcel Deprez (!) sur les propriétés des caractéristiques ont permis de traiter le problème par des constructions géométriques.

La courbe caractéristique E est une fonction des ampèretours inducteurs, de l’enroulement des fils sur l'anneau et de la vitesse. Lorsque les inducteurs ne portent qu'un circuit de courant :, on peut écrire E— (1).

Remarquons que si la courbe E a été obtenue pour un régime déterminé et un état de la machine, on en déduira, au moins d'une manière approximative, les valeurs relatives à d'autres enroulements et à une vitesse différente.

Les inducteurs ayant d’abord #1 ampère-tours, supposons

(1) Marcez Derrez, C. R. de l’Acad. des Sc., t. XCII et t. XCIIT ; 1881.

qu'on modifie l'enroulement ; la force électromotrice reste la même pour mî—mti. L'ordonnée primitive pour le courant à