F'-GB

Il est aisé de voir sur la figure que, si la force électromotrice de self-induction FD augn^ente, Tangle FED croît et finit par atteindre une valeur pour laquelle la direction AG se confond avec la direction AD. Alors le travail recueilli est nul.

Fig. 346.

Nous avons admis, jusqu'à présent, que Télectromoteur suit la marche synchrone,, en présentant un angle de phase égal à BAC par rapport à la différence de potentiel agissante. Il est intéressant de réchercher les conditions d'équilibre dynamique et, pour cela, de voir ce que devient le mouvement si Ton accroît ou si Ton diminue brusquement Teffort résistant, ce qui entraîne un retard ou une accélération ' momentanée de Télectromoteûr. Nous supposerons

MOTEURS SYNCHRONES MONOPHASÉS. I7I

que la marche de ce dernier reste synchrone et que, par conséquent, la force contre-électromoirice ne change pas, non plus que la différence de potentiel agissante. Cela revient à admettre, dans le cas d'une surcharge, que le moteur s'arrête un instant, puis reprend aussitôt sa marche normale.

Si Tangle de phase BAC varie, le point C se meut sur une circonférence de centre A. Comme Tangle DBF = <p est invariable, le point F se déplace sur une courbe telle que le rapport de FB à DE est constant et égal à cos <p.

Pour trouver le lieu du point F, de B on tire la droite BH, telle que ABH = (p, et on trace la circonférence de diamètre AB. De M on abaisse la normale MN sur BH. Puis, de H comme centre, on décrit une circonférence de rayon HN , laquelle est le lieu cherché.

On a en effet,

DB B1M MA I KB~BN ~NH ""C0S9'

Voyons ce qui advient si Tangle de phase BAC est modifié, par exemple par un accroissement momentané du couple résistant, ce qui amène un léger retard de AC, c'est à dire une diminution de B AD.

Le point D avance vers la droite, ainsi que F. Par suite, GB et FG augmentent et, comme ces longueurs sont respectivement proportionnelles à la puissance dépensée et à la puissance recueillie, on voit que la première croît de manière à rétablir Tangle de phase primitif.

Si, au contraire, le moteur s'accélère, par suite d'une décharge momentanée, l'angle BAD augmente, GB et FG décroissent, et la puissance dépensée diminue de manière à conserver l'allure normale de l'électromoteur.

On voit que, dans les deux cas, la puissance due à la source d'électricité varie de manière à ramener le synchronisme du. moteur. L'angle de phase BAC considéré correspond donc à une position d'équilibre stable, comme tous ceux pour lesquels F ne dépasse pas l'intersection P, car pour ce point le travail recueilli devient nul. On trouverait de même un certain nombre de positions de D, à la droite de AB, pour lesquelles l'équilibre dynamique est stable.

ÉLECTROMOTEURS

579. — Moteur Ganz. — Le moteur Ganz ne diffère pas en principe de Talternateur du môme constructeur, § 43 1 . C'est une machine à courants alternatifs, dont les inducteurs sont excités par des courants redressés, préalablement réduits à une tension convenable par un transformateur. La fig. 347 montre le schéma de la liaison entre la ligne et les inducteurs. Comme on Ta vu au § 43 1, les lames du commutateur d'ordre pair sont reliées à Tune des extrémités du circuit inducteur, l'autre extrémité étant réunie aux lames d'ordre impair. En marche normale, le circuit secondaire du transformateur T est connecté à deux paires de balais I, 2, 3, 4, les deux balais d'une même paire étant écartés d'un intervalle égal à la 72 ^^ ^^ *U ^^ '^ largeur d'une lame. De cette manière, les inducteurs sont mis en court-circuit au moment où se produit l'interversion du courant, ce qui évite les étincelles d'extra-courant qui jailliraient d'une façon très intense, s'il n'y avait qu'un balai de chaque côté. Toutefois, cette disposition ne

peut être adoptée à la mise en train du moteur, car, par suite de la paresse magnétique des noyaux, les inducteurs ne s'exciteraient pas suffisamment pour donner un couple initial capable de provoquer la marche synchronique. C'est pourquoi un arrangement spécial permet de soulever un des balais de chaque paire à la mise en train. Il en résulte qu'alors il se produit des gerbes d'étincelles qui atteignent parfois 5 cm de longueur dans les grands moteurs. Une fois le moteur en marche, on laisse retomber les balais soulevés et les étincelles sont réduites à une proportion minime. M. Ganz a réalisé une disposition automatique qui effectue la manœuvre des balais mobiles. Dans ce but, ceux-ci sont commandés par un régulateur à force centrifuge placé sur l'arbre et

MOTEURS SYNCHRONES MONOPHASÉS. 173

i\s ne s'appliquent contre le collecteur que lorsque les boules sont suffisamment écartées.

De nombreuses expériences ont éié exécutées sur des moteurs

Ganzde diverses puissances par une commission nommée par la

ville de Francfort. Un moteur de 25 chevaux nominaux a fourni

des rendements industriels variant de 82 à 88 pour loo, pour

des charges allant de iS à 35 chevaux effectifs. Ce moteur doit Stre

mis en marche à la main, sans charge. Une fois la vitesse de régime

aiteinte, ce qui demande moins d'une minute, il est possible

d'appliquer brusquement un effort correspondant à 26 chevaux,

sans que le moteur s'arrête. Après cela, la charge est susceptible de

recevoir des accroissemetits progressifs, jusqu'à ce que la puissance

fournie soit égale 340 chevaux, soit 60 pour 100 de plus que la

puissance nominale. Les étincelles atteignent jusque 5 cm lors de

la mise en train. Ce fait est considéré comme sans importance

relativement à l'usure du collecteur qui ne perd chaque fois que

17 milligrammes de cuivre, en moyenne.

La commission a comparé ce moteur h des moteurs à courant continu de môme puissance ; elle n'a pas trouvé grande différence quant au rendement, mais le moteur à courant continua l'avantage de se meure spontanément en marche et de supporter des surcharges momentanément très élevées sans cesser de fonctionner. Ces dernières qualités sont particulièrement prisées dans la traction des tramways.

Fig. 348.

174 ÉLECTROMOnCURS.

580. — Système Mordey. — M. Mordey recommande d'exciter Télectromoteur alternatif par une dynamo continue fixée sur le même axe, comme l'indique la fig. 348.

Pendant la marche normale, la dynamo excitatrice, en môme temps qu'elle alimente les inducteurs , charge quelques couples secondaires qui, au moment de la mise en train, font fonction de générateurs pour exciter les inducteurs de la machine alternative.

MOTEURS ASYNCHRONES MONOPHASÉS.

581. — Moteurs à inducteurs feuilletés. — Nous avons déjà eu l'occasion de faire remarquer qu'un moteur continu, excité en série, persiste dans son mouvement lorsque le sens du courant change à la fois dans l'inducteur et dans l'induit. Rien ne s'oppose donc, en principe, à ce qu'on alimente un appareil semblable par des courants alternatifs, surtout si, comme dans les machines Rechnewski, les inducteurs sont feuilletés pour éviter les courants de Foucault. Toutefois diverses objections se présentent immédiatement à l'esprit. La self-induction considérable d'un tel système oppose une résistance apparente excessive à la force électromotrice alternative; de là résultent un affaiblissement très marqué du courant et un retard de phase qui réduisent à une valeur minime la puissance moyenne que la machine est capable d'absorber et, partant, le travail qu'elle est susceptible de produire. Mais, ce qui est plus grave, les variations périodiques du courant amènent des réactions de self-induction qui doivent nécessairement occasionner au collecteur des étincelles fort nuisibles à la conservation de ce dernier. La division des inducteurs n'empêche pas des pertes sérieuses dues au phénomène d'hystérésis. Ces objections tombent quand il s'agit d'une machine sans fer, telle que celle qui constitue le compteur Thomson, § 5i5. On remarquera qu'un système semblable est susceptible de tourner à toutes vitesses^ d'où le nom de moteur asynchrone, et de se mettre en marche spontanément sous l'action du courant.

582. — Système Stanley et Kelly. — Dans un moteur à inducteurs feuilletés, § 58i, alimentés par des courants alternatifs,

MOTKURS ASYNCHRONES MONOPHASÉS. Ï^S

on ne peut pas adopter Tcxcitation en dérivation , car la différence de phase qui se produirait entre le courant inducteur et le courant induit nuirait aux réactions de ces courants en provoquant un affaiblissement du couple moteur.

MM. Stanley et Kelly sont cependant arrivés à combiner un moteur en dérivation en prenant les précautions suivantes :

i^ Le nombre des spires inductrices n'est que le o,i environ du nombre correspondant dans un moteur à courant continu. En outre, un condensateur mis en série avec les inducteurs et jouant le rôle d'une self-induclion négative réduit Timpédance de ceux-ci.

2*5 Pour combattre la self induction de Tinduit, on encastre dans

les pièces polaires des conducteurs parallèles aux spires induites et

eonsiiiuant des circuits fermés grâce à des fils de liaison placés

e mrc les pôles opposés. Ces circuits fermés doivent avoir leurs plans

parallèles aux lignes de force produites par les pôles , afin que les

variations du flux inducteur n'y déterminent pas de courants induits.

Ils remplissent par rapport à l'armature le rôle du secondaire

cfun transformateur, lequel a pour effet, comme on l'a vu au § 460,

àc réduire la self-induction du primaire. Il faut que les circuits

aux/Jiiaires soient très peu résistants, pour ne pas entraîner une

dépense d'énergie notable par effet Joule.

583. — Système Elihu TThomson. — Considérons une machine bipolaire à inducteurs feuilletés et supposons que les balais soient décalés d'un angle considérable, de ^5^ par exemple. Les inducteurs et rinduit étant en série, la machine est mise en train par un courant alternatif. On retire alors l'induit du circuit et l'on relie ses balais par un fil direct. La machine continue à tourner sous l'influence des réactions qui s'exercent entre le flux périodique dû aux inducteurs et les courants induits qu'il produit dans l'armature. Les variations du flux font , en effet , naître dans les sections de J'induit une force cleciromotrice , dont la phase retarde de 90° et qui, grâce à la position dissymétrique des balais, donne lieu à un courant résultant dans le fil qui relie ceux-ci. Par suite de la selfinduction, le courant induit retarde sur la force électromotrice qui /e produit; il en résulte, entre la phase du flux et la phase du courant un écart compris entre go^ et 180°. Or, comme la réaction entre le flux et le courant est proportionnelle à la moyenne des

ÉLECTROMOTEURS.

produits de ces deux quantités et que ce produit a ici une valeur finie, l'induit tend à persister dans son mouvement de rotation aussi longtemps que les inducteurs sont traversés par les courants alternatifs. Le système constitue une sorte de transformateur dont le circuit induit est mobile et obéit aux efforts pulsatoires dus à l'action du courant inducteur.

584. — Moteur Brown. — M. Brown construit un moteur fonctionnant avec des courants monophasés. L'inducteur est enroulé en anneau, les fils intérieurs étant passés dans le noyau près de la surface de celui-ci.

Fig. 3481>w.

L'induit est formé d'un tambour dont les fils logés également dans le noyau sont en court-circuit. Pour faire démarrer l'appareil on crée un champ tournant , grâce à des bobines inductrices auxiliaires , non figurées, alternant avec les bobines principales et dérivées sur ces dernières. Les bobines auxiliaires sont mises en série avec un condensateur formé de plaques de fer séparées par une solution de bicarbonate de soude. La capacité de polarisation amène une différence de phase suffisante pour que les deux séries de bobines inductrices déterminent un champ tournant et mettent l'induit en marche. La vitesse normale étant atteinte, on interrompt les bobines auxiliaires et les réactions entre le flux pulsatoire et les courants qu'il induit dans l'armature entretiennent le couple moteur.

MOTErRS ASYNCHRONES MONOPHASÉS. 1 77

Voici la ihéorie donnée par M. Sahulka et simplifiée par M. De Basi de ces réactions.

Représentons Tinduction magnétique dans Tarmature par

ai = 53o sin 27: N/,

^o étant rinduction maxima et N la fréquence.

Le flux qui parcourt une spire S, faisant un angle % avec le plan normal kjp j> q^

X = S ces 01 63o sin % ic N/.

En rappelant m le nombre de révolutions de Tinduit

a = 2 ;c mf

d'où

0C> = S d3o ces 2 ff m/ sin 2 1C N/.

La force électromotrice dans la spire est, par suite,

E = - ^ = - ^ [ 2« (N + m) ces 2« (N -f m) t + 21c (N — m) ces 2JC (N — m) /!•

Ce courant résultant est, en remarquant que la force électromotrice est composée de deux harmoniques simples et en posant

rj = y/ra + 4"* (N - m)« £^ r et X étant la résistance et la self-induction de la spire,

-j— [ ^ cos { 2K (N f m) / — (p, }

, 275 (IN — m I ,. ^ 1

+ COS 1 27c(N --mj /— çjjj.

oxx

cos «i =r '* cos T2 = -^

ELECTROMOTKl'RS.

Le travail accompli par la spire est égal à la variation de son énergie potentielle

dT = — dw = — d ( — I ^) = — I S ^o sin 2JC N/ sin a da..

La puissance moyenne développée par la spire est la valeur moyenne de l'intégrale des valeurs dT ; on obtient après réductions

pmoy. —

2JÏ m r S* 53o^ r 27: (N — m) 2k (N + m)

La puissance moyenne des n spires est

Pnaoy. ^ W pmoj.j

et le couple moteur est

^ Pmoy. r « S2 ©o2 r 21Z (N — m)

Ta + 4«' (N + m)^ X»

•^ -h47c2(N — ?nj2X'j

La fig. 348'«*' représente la courbe donnant les valeurs de C en fonction de m. On voit que le couple est nul pour m = o^ c'est ce qui nécessite la mise en train préalable du moteur par l'artifice signalé. Le couple s'annule encore par une vitesse voisine du

Fig. 34Ster.

synchronisme. Le fonctionnement du moteur n'est stable qu'entre les vitesses correspondant au maximum positif et au synchronisme, car alors toute surcharge occasionnant un ralentissement détermine un relèvement du couple moteur.

MOTEl'RS SYNCHRONKS POLYPHASÉS. I 79

La firme Oerlikon a obtenu le démarrage d'un appareil analogue au précédent en enroulant sur l'induit quelques sections supplémentaires reliées à un collecteur Gramme dans lesquelles on envoie à la mise en train le courant alternatif. Lorsque la vitesse normale est acquise, une bague glissée contre le collecteur met les barres de celui-ci en court circuit , de sorte que les sections de Tinduit correspondantes ajoutent leurs effets aux sections en court-circuit permanent.

En comparant les moteurs synchrones aux moteurs asynchrones monophasés , on constate que les premiers ne démarrent pas en charge et s'arrêtent en cas de surcharge , sans toutefois que le courant atteigne une intensité excessive, à cause de la self-induction de rinduit, leur facteur de puissance est voisin de Tunité, en pleine charge, ce qui leur donne un effet utile spécifique considérable. Les moteurs asynchrones ont un facteur de puissance plus faible ; ils démarrent en charge, mais s'ils s'arrêtent par une surcharge, ils se comportent comme des transformateurs et absorbent un courant excessif qui peut nuire aux distributeurs. Leur emploi sera probablement limité aux petits moteurs.

MOTEURS SYNCHRONES A COURANTS POLYPHASES.

585- — Propriété générale. — Le couple développé par un moteur synchrone monophasé varie nécessairement d'une manière périodique, attendu que la courbe représentant la puissance électrique absorbée par la machine accuse des variations. Mais, par la combinaison de plusieurs courants alternatifs de phases différentes, on peut arriver à transmettre au moteur une puissance électrique constante.

Considérons n circuits de mêmes résistance et self-induction, parcourus par des courants dus à des forces électromoirices représentées par

e^= Esin ( j/ 4 k -' j^

I 8o ÉLECTROMOTEURS .

expression dans laquelle oîi donne successivement à k les valeurs o, 1 , 2, . . . , n — I .

Les courants traversant ces circuits seront de la forme

11=1 sin^ a/ -f /f^ — f j

et la {Puissance fournie à Tun des circuits aura pour mesure

W = El sin ( at -\' k — j sin ( at + k — — ^ V

Par une transformation simple, cette formule devient

El El / , , L.2« \

ei = — ces 9 ces / 2a/ + 2k © )•

La puissance totale absorbée par les n circuits sera

n El

ces

(p > ces ( 2at "\- 2k 9 \

^ ^ jLJk=o \ " /

Or, en vertu d'une relation irigonoméirique connue, le second terme est nul ; il s'ensuit que la puissance totale transmise est constante.

Celte propriété des courants polyphasés montre la possibilité de transformer sans précautions spéciales un courant continu en courants polyphasés et inversement, alors que la transformation d'un courant alternatif simple en courant continu, par l'intermédiaire d'un alternateur et d'une dynamo , exige l'emploi d'un moteur suppléant par des réactions d'inertie aux variations de la puissance électrique.

On conclut aussi de ce qui précède à la possibilité de la transformation des courants diphasés en courants à 3,4 phases ou plus.

M. Ferraris a montré, § 192, que la combinaison des forces magnétomotrices dues à deux courants alternatifs différant d'un quart de phase engendre un champ magnétique tournant uniforme, ainsi qu'on peut s'en convaincre par la composition à l'aide du parallélogramme des forces. Si les variations des courants n'étaient pas sinusoïdales, il y aurait des pulsations dans l'intensité du champ résultant et le couple exercé sur un disque mobile dans le champ cesserait d'être constant. On arrive à obtenir des flux tournants

MOTEURS SYNCHRONES POLYPHASÉS.

intenses en enroulant les bobines sur des noyaux. Pour que le flux soit constant, il faut que les noyaux et les armatures soient disposés de telle manière que la résistance magnétique du circuit parcouru par le flux soit invariable. On verra que cette condition est satisfaite par des noyaux annulaires couverts de bobines contiguës et pourvus d'armatures concentriques.

586. — Moteur théorique. — Considérons deux anneaux A et B portant chacun 4 bobines reliées, comme Tindique la fig. 349, 4 iils de ligne servant à réunir les paires de bobines semblablement

Fig. 349.

placées sur les deux anneaux. Si f on fait tourner dans Tanneau A un aimant N S, on produit dans les bobines deux courants différant d'un quart de phase. Ces courants déterminent dans Tanneau B un champ magnétique tournant.

Si Ton examine le sens des courants, on voit aisément qu'ils produisent des pôles tournant dans le sens de la grande flèche. Dans l'anneau A, la direction moyenne du flux créé par le courant induit tourne en restant normale à l'aimant inducteur. Le flux tournant de B est parallèle à celui de A , mais dirigé en sens inverse par suite du sens contraire des courants. Si l'on suppose un aimant N S mobile à l'intérieur de B, la réaction des pôles tournants tendra à lui communiquer un mouvement synchrone avec celui de l'aimant A et de même sens.

On remarquera qu'il n'y a pas, dans un moteur semblable, de points morts comme ceux que nous avons rencontrés dans un

l82 ÉLECTROMOTlîURS

moteur synchrone monophasé. En effet, au lieu d'un flux pulsatoire de direction constante, il y a ici deux flux pulsaioires qui se composent et donnent un flux tournant. De la même manière que, dans une machine locomotive, le décalage des manivelles supprime les points morts, lorsque deux des bobines de Télectromoteur exercent une action nulle, les deux autres bobines sont, par rapport à Taimant mobile, dans les conditions du maximum d'action. Les pôles tournants entraînent Taimant quelle que soit Sa -position initiale.

587. — Types divers. — La vitesse d'un tel moteur est nécessairement liée à celle du générateur, le premier constituant un moteur synchrone à inducteur mobile et à induit fixe à courants polyphasés.

L'avantage de ce système sur le moteur synchrone monophasé est de démarrer automatiquement.

Il existe des dispositifs analogues à celui que nous venons de décrire, mais à électro-aimants inducteurs. Imaginons, en effet, que r^iimant permanent de la machine réceptrice soit remplacé par un électro aimant et que les bobines de celui-ci soient fermées sur elles-mêmes à la mise en train. La réaction du flux tournant produit par les bobines traversées par les courants polyphasés sur les spires de l'éleciro-aimant détermine, comme on le verra ci-après, un couple moteur, qui met ce dernier en marche aune vitesse voisine du synchronisme. En fixant sur l'arbre moteur une dynamo à courant continu, on produit le courant excitateur qui , lorsque la vitesse normale est sensiblement atteinte , est envoyé dans les bobines de l'électro-aimant.

Dans les moteurs Lahmeyer, l'électro-aimant est fixe et c'est la partie mobile de la machine qui porte les bobines traversées par les courants polyphasés. On peut alors enrouler sur la partie mobile un certain nombre de sections reliées à un collecteur Gramme, afin de produire le courant excitateur envoyé dans l'électro-aimant, lorsque le synchronisme est atteint.

On peut utiliser, comme moteur polyphasé synchrone, une machine à courant continu transformée comme on l'a vu au sujet de la machine Schuckert, § 449.

Si l'on envoie les courants induits diphasés dans l'anneau d'une machine, semblable à la génératrice, on engendre un flux tournant

MOTEURS SYNCHRONES POLYPHASÉS. l83

susceptible d'imprimer à cet anneau un mouvement rotatoire, grâce à la réaction des courants induits dans les pièces polaires voisines. Supposons qu'on laisse tourner le moteur à vide ou à faible charge, jusqu'à ce qu'il ait pris sensiblement la vitesse du générateur ; si l'on excite les électro-aimants du moteur par le courant continu recueilli par l'intermédiaire du collecteur qui redresse les courants de l'anneau, le moteur continue à tourner synchroniquement avec le générateur, car il se trouve alors dans les conditions du moteur théorique de la fig. 349.

On apprécie le moment où le moteur mis en marche tourne à peu près à la môme vitesse que le générateur en reliant le fil des électro-aimants à un voltmètre. Comme la vitesse absolue du flux

Fig. 35i.

tournant décroît à mesure que la vitesse de l'anneau augmente, la force électromotrice induite dans ce fil diminue graduellement pour atteindre une valeur nulle lorsque, par suite du synchronisme, le flux produit par l'induit est fixe dans l'espace.

Il est intéressant de remarquer les fonctions multiples du dispositif de M. Schuckert. C'est à la fois un transformateur de courant continu en courants alternatifs, un transformateur de courants alternatifs en courant continu, un générateur à courant continu, un alternateur , un moteur à courant continu et un moteur à courants alternatifs.

En utilisant ces propriétés dans un générateur, la Westinghouse C a obtenu une dynamo-omnibus satisfaisant à tous les besoins d'énergie électrique d'une ville. Elle a installé à Rochester une

1 84 ÉLECTROMOTEURS.

dynamo à 8 pôles portant un collecteur d'où Ton retire du courant continu à 55o volts pour la traction électrique, ainsi que 2 paires de bagues donnant des courants diphasés d'un quart de période au potentiel efficace de 385 volts et à la fréquence 5o. Ces courants alternatifs alimentent des moteurs diphasés et sont transformés pour Téclairage par incandescence.

MOTEURS ASYNCHRONES A COURANTS POLYPHASES.

588. — Théorie. Types Tesla, Leblanc et Hutin, Dobrowolski, Brown, Siemens. — Supposons qu'on remplace, dans le moteur B, iig. 349, Taimant par un cylindre conducteur dont Taxe mobile coïncide avec celui de Tanneau, et admettons , pour simplifier le raisonnement, que le flux tournant conserve une valeur constante. Par suite des courants induits dans le cylindre, ce dernier tend à être entraîné dans le sens de la rotation du champ, § 1 9 1 . On obtient de la sorte un électromoteur d^unc simplicité remarquable. Toutefois, cette disposition n'est applicable qu'à de très petits appareils. Le couple moteur éxant dû à la réaction des courants induits sur le champ, il convient, dans les machines importantes, de diriger ces courants de manière qu'ils exercent l'effet maximum, c'est à dire de manière qu'ils soient autant que possible normaux à la direction du champ et à celle du mouvement.

Dans ce but, M. Dobrowolski emploie un induit à tambour formé de conducteurs en cuivre disposés suivant les génératrices d'un cylindre en fer feuilleté destiné à diminuer la reluciance opposée au flux mobile. Ces conducteurs sont réunis de manière à former des spires fermées sur elles-mêmes.

Dans des spires semblables, il n'existe pas de différence de potentiel appréciable; le cas est analogue à celui d'un anneau métallique traversé par un aimant suivant son axe, § 169. On peut donc réunir entr'elles les extrémités de tous les conducteurs parallèles et former une sorte de cage d'écureuil, fig. 35o. Comme dans ses machines à courant continu, § 394, M. Brown loge les barres de cuivre induites dans le cylindre de fer feuilleté, près de la surface de ce dernier. De cette manière, il évite les courants de Foucault

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS.

dans les barres et obtient des induits exceptionnellement solides avec lesquels l'entrefer peui ôire ri.'duit au minimum. La fig. 35o'"« moTitre le moteur compact que l'on obient par cette disposition. L'inducteur et l'induit sont des anneaux conceniriques Teuilletés A

Fig. 35o.

pourvus d'enroulements Brown continus à tambour bobinés suivant les deux faces en regard de l'entrefer. Les courants arrivent à l'enroulement inducteur en des points équidistants, tandis que les spires de l'Induit sont fermées sur elles-mêmes.

La vitesse de rotation des induits précédents ne peut atteindre celle du flux tournant, attendu que le flux ne varierait plus à ti

1 86 ÉLECTROMOTEURS.

les spires, ce qui annulerait toute induction. On voit donc que le moteur ne tourne pas synchroniquement avec le générateur, comme lorsque Tinduit est un aimant. Il prend une vitesse variable avec le couple résistant.

Appelons n le nombre de révolutions par seconde du flux supposé constant et n' le nombre correspondant de tours effectués par l'induit. La vitesse relative du ûu^ et de l'induit est

Dans les moteurs existants, cette vitesse relative est faible, environ o,o3 de n à pleine charge.

Tout se passe, en ce qui concerne Tinduction, comme si Tinduit était immobile et si le flux tournait avec une vitesse N. Les variations du flux à travers une spire sont alors représentées par

dZ> = ^Q sin 2«N/ = -Xq sin at,

La force éleciromotrice produite a pour expression

e = -T-- = — a 3TG0 ces atf

et le courant dans la spire,

i = — I cos (at — ç).

La puissance électrique est

ei = il I Xq cos at cos {at — ç).

Elle équivaut au travail du couple moteur c pendant Tunité de

temps, soit

c X 2 îî N.

Partant le couple est représenté par

c = — I dXsQ cos at cos (at — ç).

Ce couple est périodique; il est moteur pendant la plus grande partie du temps.

Si Ton considère une spire disposée normalement par rapport à la première, les variations du flux qui la traverse sont représentées par

X' = Xo sin ( a/ -\ — \=z Xq cos at,.

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS. 187

Le courant correspondant est

r zz: I sin {at — ç) ei le couple,

c = — I Xo sin at sin (j/ — <f}.

'Le couple résultant est constant, car il est égal à

C = c 4- c = — I 01,0 [cos at cos {at — f) -\- sin at sin (a/ — ç) ] = — I 31,0 cos 9.

Ce résultat était à prévoir, car une puissance électrique constante doit donner lieu à un couple invariable, § 585.

S'il y avait b paires de spires, le couple deviendrait

^ C = — ^ I >%o cos f .

On remarquera qu'au démarrage Tinduit est immobile et la vitesse relative égale à celle du flux, n. Le moteur est alors comparable à un transformateur dont le secondaire est en court-circuit, et les courants induits atteignent leur plus grande intensité. Dans les machines puissantes, cette intensité initiale du courant est dangereuse, et il faut, à la mise en marche, introduire une résis-» tance , de préférence une résistance inductive soit dans le circuit inducteur, pour diminuer le flux, soit dans le circuit induit, comme on le verra ci-après, pour augmenter sa résistance. Cette dernière combinaison exige un collecteur, si Tinduit est mobile.

La résistance introduite dans Tinduit permet d'accroître le couple de démarrage dans une certaine mesure, car un cotirant excessif peut augmenter la réaction d'induit au point de rendre négligeable le flux utile.

Dans un moteur à induit mobile, M. Brown place la résistance de démarrage dans l'intérieur de Tarmature et met cette résistance en court-circuit par une bague spéciale lorsque la machine est en train.

Une disposition ingénieuse permettant de laisser Tinduit en court-circuit, consiste à renforcer au démarrage le courant qu'on envoie dans l'inducteur, à l'aide d'un transformateur dont le primaire est relié à la ligne et qui produit un courant secondaire d'une intensité suffisante pour faire démarrer le moteur. Lorsque celuî-ci a pris son allure normale, on réunit directement les indue-

1 88 ÉLECTROMOTEURS.

teurs à la canalisation. On remarquera que, si le courant est à 2 ou 3 phases, le transformateur devra comprendre 2 ou 3 paires de bobines enroulées sur des noyaux feuilletés et réunis par des armatures communes.

Si l'on compare un moteur asynchrone à flux tournant à un moteur à courant continu , on voit que, dans celui-ci , le flux inducteur, et le flux produit par Tinduit sont fixes dans l'espace, tandis que, dans celui-là, ces flux sont tous deux mobiles. Comme le moteur à courant continu excité en dérivation , le moteur asynchrone à flux tournant a une vitesse limite n , déterminée par la période des courants inducteurs et le nombre de pôles inducteurs. Si n désigne la fréquence et p le nombre de paires des pôles , le nombre de révolutions correspondant au synchronisme de

l'induit est, par minute, . La vitesse réelle est inférieure de 3

à 5 pour 100 à cette limite.

Voici quelques remarques utilisées dans la construction de cette classe de moteurs.

Il convient de multiplier les pôles inducteurs, ainsi qu'on le fait dans les alternateurs , en vue de réduire la vitesse angulaire. A la fréquence 5o, les vitesses limites de i5oo, 1000 et jSo tour« par minute exigent respectivement 4, 6 et 8 pôles inducteurs.

L'induit peut recevoir la forme d'un tambour , d'un anneau ou d'un disque. On s'est arrêté au tambour, qui simplifie la construction de la machine et raccourcit les conducteurs induits. Il est essentiel de réduire l'entrefer autant que possible, afin de diminuer le nombre d'ampères-tours inducteurs.

Dans les petite^ machines, l'inducteur est fixe et placé à Texterieur de rinduit. Il n'existe pas de commutateur, ce qui est un précieux avantage pour des appareils de petites dimensions , qu'on peut ainsi construire et entretenir à peu de frais.

En vue de diminuer les dimensions de l'inducteur, on renverse la disposition ci-dessus dans les grands moteurs où l'induit est à l'extérieur de l'inducteur. On remarquera que la vitesse de déplacement du flux dans l'armature est faible, ce qui réduit considérablement les pertes par hystérésis et permet d'adopter des induits à forte section de fer. Dans l'inducteur , au contraire , les alternances du flux se succèdent rapidement et les pertes dues à l'hystérésis

MOTEURS ASYNCHRONES POLYPHASÉS. I 89

seraient considérables si Ton ne diminuait , autant que possible,

/es dimensions de cet organe. En vue du même objet, on fait décroître Tinduction magnétique à mesure que la fréquence augmente. Comme dans les transformateurs, Tinduction varie de 65oo à 3ooo pour des fréquences de 40 à 120.

Divers moyens ont été préconisés pour alimenter Télectromoteur par un seul circuit de transmission et produire à Taide d'un alternateur simple deux courants inducteurs décalés Tun par rapport à l'autre .

Le dispositif de M. Schallenberger, § 193, applicable à de petits appareils, a pour but d'induire dans une bobine, inclinée à 45» sur une autre bobine parcourue par le courant principal, un courant dont la phase retarde. Les deux courants produisent un champ tournant d'insensité variable suffisant pour mouvoir un disque induit.

Le procédé de M. Tesla consiste à dériver, par rapport aux deux conducteurs qui amènent le courant alternatif, deux séries de bobines inductrices. Les résistances et les coefficients de self-induction de ces circuits dérivés sont rendus à dessein très différents, de manière à obtenir des constantes de temps et partant des angles de phase très inégaux. Pour réaliser ces conditions, M. Tesla enroule les bobines appartenant aux deux circuits respectivement avec du gros fil et du fil fin.

MM. Leblanc et Hutin ont obtenu un écart correspondant à un quart de période en plaçant dans Tun des circuits dérivés un condensateur constituant une self-induction négative. Ces ingénieurs sont arrivés à produire des condensateurs à papier paraffiné supportant les tensions alternatives par une formation graduelle qui purifie le diélectrique. M. Swinburne construit des condensateurs industriels formés de feuilles d'étain alternant avec plusieurs épaisseurs de papier mince. Le tout est placé dans une boîte remplie d'huile qu'on chauffe pour éliminer l'humidité ; on y fait alors un yide P^ï'tî^i qui extrait l'air , après quoi on ferme hermétiquement z^îpient. Dans le moteur Brown, § 584, on a vu que le '^ Arrage est obtenu par un artifice analogue. Le condensateur ^g devant fonctionner que pendant quelques instants est simplej^ent formé par un bain liquide à électrodes multiples, possédant une grande capacité de polarisation sous un faible volume.

190 ÉLECTROMOTEURS.

Tous ces procédés de transformation de courants à une phase en courants polyphasés, ont reçu peu d'applications. On n'a guère employé jusqu'à présent que les courants diphasés ou triphasés produits par des générateurs spéciaux et transportés par 4 ou 3 hls.

Lorsqu'on emploie un générateur à courants diphasés, trois fils de ligne suffisent pour la liaison avec Téiectromotcur, le fil de retour commun aux deux circuits étant parcouru par un courant efficace égal à la résultante des courants composants. On préfère cependant utiliser dans les distributions 2 circuits complètement distincts, ce qui facilite le réglage de la tension et réduit la section à donner aux conducteurs pour une même tension maxima, § 5o3.

Dans le cas des courants triphasés, les bobines inductrices excitant le moteur sont reliées aux trois fils conducteurs de différentes manières.

La liaison en triangle groupe les enroulements inducteurs en trois circuits disposés, par rapport aux fils de ligne, comme l'indique la fig. 352.

Fig. 352.

La liaison en étoile, déjà examinée au § 448 et représentée schémaiiquement par la fig. 353, est plus employée. Dans ce cas, les

Fig. 353.

courants excitateurs sont égaux et en concordance de phase avec les courants de ligne. Ce dispositif s'applique à une distribution qui comporte non-seulement des moteurs, mais aussi des lampes qu'on dérive alors entre chacun des fils de ligne et un fil de com-

HOTEUttS ASYNCHRONES POLYPHASÉS.

pensation reliant les points de concours des trois branches des étoiles. Ce fil supplémentaire peut, dans certains cas, être remplacé par un retour par le sol.

La fîg. 354 présente le schéma des moteurs Dobrowolski et

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Fig. 354.

Siemens, enroulés en étoile. LMnduit mobile est divisé en 3 circuits raccordés par des contacts glissants à trois rhéostats destinés à réduire l'intensité des courants au démarrage.

Pour obtenir un plus grand nombre de phases et arriver à un champ tournant plus uniforme, M. Dobrowolski a combiné les deux dispositifs précédents. Les bobines excitatrices sont groupées en six circuits, dont les courants présentent entr'eux des écarts de phase de 60®. Toutefois , l'avantage de cette disposition est contestée et bien des électriciens estiment qu'il n'y a pas de

Fig. 355.

différence sensible, au point de vue de l'uniformité du flux tournant entre les courants à 2 phases et les courants à 3 phases.

192 ELECTROMOTEURS.

les réactions dMnduit corrigeant en grande partie les irrégularités dues aux inducteurs, § 448.

Dans les moteurs asynchrones, la réduction de Tenirefer, qui est d^une importance capitale, est obtenue en constituant la machine par deux anneaux concentriques très rapprochés , portant des enroulements uniformes. Les inducteurs à pôles saillants ne peuvent donner un champ tournant uniforme, parce que les noyaux tendent à orienter les flux dans la direction de leurs axes. Les noyaux à enroulement continu, reliés en des points symétriquement placés aux fils de lignes, peuvent seuls conduire au résultat cherché. Le bobinage en tambour de Tinducieur et de rinduit réduit la longueur des conducteurs au minimum. Il se fait en passant les conducteurs dans des rainures ou orifices creusés près de la surface de l'entrefer, comme dans les induits Brown.

Voici quelques résultats d'expériences obtenus par M. Boucherot sur un moteur Brown asynchrone de 3 chevaux susceptible de fonctionner avec des courants à 2 ou à i phase :