COURANTS ALTERNATIFS

811. Alternateurs. — On est revenu depuis quelques années à l'emploi direct des courants alternatifs que produisent les appareils à rotation continue ou à mouvement oscillatoire.

La machine Nollet, par exemple, utilisée encore pour entretenir la lumière à arc des phares électriques, porte une série

d'aimants permanents sur deux couronnes parallèles, entre lesquelles se meuvent des électro-aimants. Le flux d’induction magnétique dans chaque bobine change de signe quand elle passe d'un couple de pôles au suivant.

Si l’'enroulement des induits est formé par un seul fil, on le dispose de manière que toutes les forces électromotrices s’ajoutent; les extrémités du fil communiquent à deux anneaux conducteurs sur lesquels frottent des balais pour transmettre le courant à l'extérieur. Au lieu de ce groupement en série, on peut aussi réunir les induits en dérivation, comme pour les piles, ou les combiner de différentes manières.

Dans d’autres cas, les inducteurs sont des électro-aimants excités par un courant continu d'origine étrangère. Enfin, il peut être avantageux de supprimer l'armature des induits, qui s'échauffe beaucoup par les changements d’aimantation. Pour réduire autant que possible l’entre-fer, il faut alors employer des bobines plates avec un fil enroulé sous forme de galette. Telles sont, par exemple, les machines Siemens.

Dans la machine Page, la réluctance du circuit magnétique est très inégale suivant que la barre mobile de fer doux est parallèle ou perpendiculaire à la ligne des pôles; le circuit conducteur qui entoure les pôles est le siège d’une force électromotrice alternative, sans qu'il soit alors nécessaire d’employer des balais de frottement.

Ce principe ingénieux revient en faveur. Une série d’électroaimants sont montés en couronne sur la face intérieure d’un anneau en fonte et excilés par un courant continu qui leur donne alternativement des pôles de noms contraires. Dans la cavité se meut un anneau en fer muni de dents saillantes en nombre égal à celui des électro-aimants. La réluctance des circuits magnétiques d'un pôle à l’autre varie d'un minimum à un maximum beaucoup plus grand, suivant que les dents se trouvent en face des pôles ou dans leur intervalle. Un second fil enroulé sur les électro-aimants recueille les courants induits. L'avantage manifeste de cette disposition est que les fils restent fixes et n'exigent plus de sertissage particulier ni de balais frottants ; la seule partie mobile est une roue en fer, qui peut tolérer, au point de vue mécanique, des vitesses de rotation beaucoup plus grandes.

Quel que soit le mode de construction, le flux d'induction magnétique dans la surface du fil induit éprouve des variations alternatives, de période T, qui influent seules sur la production du courant.

En posant w—-%

moins d’une manière approximative, par 9 — Ÿ cos wt et la force électromotrice (393) est

» on peut représenter ces variations, au

do : 1 e — — : — Pwsinvwt—Esinmvwt.

dt

Lorsque le circuit ne renferme pas d'autre force électromotrice variable, la résistance totale étant R et le coefficient de self-induction Z, le carré de l’impédance est a?=—R? + w? Z? et le courant

i— Isin(wt— à) — “= sin(wt— 2),

La perte de phase « du courant sur la force électromotrice est définie par

R w L Aa Hein PH Pet lt — — VRP OL COS x sin œ

La puissance absorbée par la machine, à part celle qu'exige l'excitation des inducteurs, est

W — ET cos a :e E2 cos x a E2R He 12

Le travail par période est WT; si chaque tour produit périodes, le travail par tour est x TW et le couple moteur

n'LNRrNV 0 re tPÈR

Supposons que la résistance R soit formée de deux parties, l'une r relative à la machine et aux communications, l’autre r’

correspondant au courant utilisé; la puissance utile et le

rendement sont

Ur LE 2 —— ————————— ;, (r+r + w? L? | r2+ 4? 12 DIE Pate ; ! da [A !

F dd U= == —— R LES EL

À vitesse constante, si la résistance 7’ n'a pas d'induction propre, la valeur qui correspond au maximum U, de puissance utile est déterminée par la condition r'?=7r? + L?w?, c'est-à-dire que les deux portions du circuit ont la même impédance, et on a

E? 1 Tr

U lee, — = I à Â Cr + Vr? + Lo 2) Un Nr + 1262

Le rendement relatif au travail maximum croît avec la vitesse et tend vers l'unité.

Avec les courants périodiques, la puissance utilisée U entre deux points À et B, sous une forme quelconque, pourra être déterminée par la méthode dite des {rois vollmètres. Si on représente par # la chute de potentiel correspondante et par ë

le courant, la puissance est U — É [vide l'intégrale étant

prise dans l'intervalle d’une période.

Considérons sur le circuit, entre deux points A, et À, une résistance r sans induction propre et soit V —z:r la chute de potentiel correspondante. On a

(V+eP = ir +) = V?+p+orpi

et les valeurs moyennes pendant l'unité de temps donnent (V+rh—Vi—-rvi=or T fit = 2 7° U:

Les trois termes du premier membre pourront être déterminés par des électromètres, ou des voltmètres sans induction propre sensible, qu'on intercalera respectivement entre les points À, et B, Aset À, A etB; on en déduit la valeur de U par la résistance r.

Dans le cas où le circuit renferme un arc électrique, par exemple, le courant ne peut plus être sinusoïdal. Il est nul, ou du moins très faible, jusqu'à ce que la force électromotrice soit capable de produire l'arc ; 1l augmente alors pour s’annuler quand l'arc s'éteint, et reprend ensuite en sens contraire. Le courant forme ainsi une série d'ondes alternatives séparées par des intervalles de courant nul.

818. Transiormateurs. — Pour subdiviser le travail fourni par les courants alternatifs, M. Jablochkoff (!) avait eu l’idée d’intercaler dans le circuit une série de condensateurs en dérivation ; l'énergie totale se distribue alors sur les différents circuits partiels. S'il n'existe pas d'induction mutuelle entre eux et que r,, L1, C, désignent les éléments de l’un des circuits, le carré de son impédance est (395)

/ L 2 D = jp2 2 a; Exz) ;4 j —— (2: Ft =) (0e

Dans ce cas, les amplitudes des courants dérivés (397) satisfont à la relation générale

al; ES Lolo Qi

et les valeurs correspondantes de la puissance utilisée sont dans les rapports

La même disposition fut ensuite appliquée au circuit secondaire d'une bobine d'induction excitée par un courant alternatif. Si l’on dispose ainsi plusieurs bobines en série sur un même courant primaire, l'énergie de chacun des courants induits est empruntée au courant primitif, par un effet latéral comparable aux dérivations de courants continus. C'est le principe des iransformaleurs, si répandus aujourd’hui dans l'industrie, et qui paraissent avoir été réalisés pour la première fois par Gaulard (?).

(1) P. JascocakorFr, C. R. de l’Acad. des Sc., t. LXXX V, p. 1098; 1877. (2) M. Gauzanp et J.-D. Gisss, La Lumière électrique, t. VIII, p. 189; 1883.

Les transformateurs industriels diffèrent de la bobine d'induction ordinaire par celte circonstance importante que le circuit magnétique est entièrement formé par du fer; ce sont, par exemple, deux noyaux cylindriques parallèles réunis par des semelles en fer, ou deux cylindres concentriques, lun plein et l’autre creux, réunis par des plaques de fer sur leurs bases. Autour d’une partie de ce circuit on enroule N spires du courant primaire, et N° spires du courant secondaire; les armatures sont naturellement constituées par des fils de fer ou des lames de tôle, afin d'éviter les courants parasites dans la masse du métal.

Comme l'aimantation ne reste pas proportionnelle à la force magnétomotrice et que les effets d'hystérésis interviennent pour une part, les coefficients d'induction propre ou mutuelle ne sont pas constants et on ne peut les considérer ainsi que dans une première approximation. Les flux de force magnétique perdus sont négligeables, puisque la réluctance du circuit est très faible ; désignant par Z, L' les coefficients d’induction propre du primaire et du secondaire, et par M le coefficient d'induction mutuelle, on a alors sensiblement

L L M , (1) N° Ne NN ou LEE M?

En appelant r et r' les résistances du primaire et du secondaire, z etc’ les courants, e et e” les forces électromotrices, et ® le flux d'induction magnétique, on a encore

k dP

e—=tr'+N RTA

WT. IP EAN Re N' CE PTAREES Ent

La dérivée du flux ® est proportionnelle à w, c'est-à-dire à la fréquence du courant, et en raison inverse de la réluctance du circuit magnétique ; la quantité e est très grande par rapport à &r, ce qui donne la relation approchée

Ne EL N'e— 0:

Qt LES

Électr. et Magn. — v.

Les forces électromotrices instantanées étant dans un rapport constant, il en est de même pour les amplitudes E'et E; le choix des enroulements permet ainsi d'obtenir sur le secondaire une force électromotrice amplifiée ou réduite dans une proportion arbitraire.

Le problème a été traité déjà (400) d'une manière générale. Le rapport des amplitudes I et [des deux courants et celui des puissances absorbées W et W° sur les deux circuits sont