IK
V 1— TJ
qui permeiicni de traiter tous les problèmes relatifs aux transmissions électriques de Ténergie.
591. — Divers modes d'excitation des inducteurs dans une transmission à l'aide de deux dynamo^. — En vue de limiter le courant de haute tension aux induits des deux dynamos et de permettre d'employer des inducteurs à gros fil, traversés par des courants de faible tension, ce qui réduit les chances d'interruptions et d'accidents, on emploie parfois Texciiaiion séparée.
Au poste de transmission, cette disposition n'offre aucun inconvénient; mais, au poste de réception, il y a une difficulté lors de la mise en marche, puisque Télectromoteur doit être aimanté au préalable sans le secours de son excitatrice. Nous avons déjà rencontré ce problème dans les moteurs alternatifs à excitation indépendante. Ici encore, on peut résoudre la question en pourvoyant la station réceptrice d'une batterie secondaire, suffisante pour donner aux électro-aimants du moteur leur aimantation initiale et provoquer la mise en marche des deux dynamos de cette station. Aussitôt que la dynamo excitatrice a acquis son régime de vitesse , on ferme son circuit sur les inducteurs de Télectromoteur.
M. M. Deprez a imaginé une solution différente. Au début.
Je courant produit à la station de départ est envoyé simultanément
dans les inducteurs et dans l'induit de la réceptrice marchant sans
autre charge que son excitatrice. La vitesse ainsi obtenue est
suffisante pour provoquer ramorcement de celle dernière machine sur une résistance artificielle. Aussitôt ce résultat aiteint, les circuits normaux sont rétablis et la charge peut être admise progressivement sur Tarbre de rélectromoteur.
Au lieu d'utiliser une excitation indépendante, il est plus simple de faire usage de deux dynamos excitées en série. Dans ce cas, la mise en marche ne présente aucune difficuhé. M. Kapp (*) a reconnu que ce mode de transmission permet de régler automatiquement la vitesse du moteur sur celle du générateur. Soient oe^ Hg. 356, la caractéristique totale de la génératrice tournant à une vitesse constante, oe' la caractéristique totale de la réceptrice également pour une vitesse invariable. Si Ton porte, à partir de Taxe des abscisses , les différences entre les ordonnées des deux courbes correspondant à une même abscisse, on obtient une ligne or^ qui.
Ampères
Fig. 356.
en général, ne s'écarte pas sensiblement d'une droite, au moins sur une partie de son développement. On peut d'ailleurs arriver rigoureusement à une droite en calculant le moteur de manière que les différences entre ses ordonnées et celles de la dynamo croissent dans un rapport constant. En choisissant les vitesses des dynamos de telle sorte que cette droite ait un coefficient angulaire égal à la résistance totale du circuit de transmission et en modifiant au besoin cette résistance de manière à obtenir ce résultat, la réceptrice tournera à une vitesse constante tant que l'allure de la génératrice sera
(*) Kapp, Electric transmission oj energy.
invariable. En effet, quelle que soit riniensîté du courant, la dilîJrcnce entre la force électromotrice primaire e et la chute de tension ïr représente une des valeurs e' do la caractéristique inférieure. Il résulte de là que la réceptrice développera des forces contre-électromoirices correspondant à une vitesse constante Le courant engendré variera avec la charge à vaincre. En appliquant ce procédé, M. Brown est arrive à réduire les variations des moteurs à 2 pour 100, entre la marche à vide et la pleine charge.
Si Texcitaiion des machines est faite par dautres procédés, les conditions de fonctionnement de la transmission se détermineront en ayant égard aux propriétés particulières que communiquent les divers modes d'enroulement tant aux générateurs qu'aux récepteurs. Lorsqu'on utilise des tensions élevées, l'enroulement en dérivation sur les inducteurs est peu à conseiller, car il conduit à l'emploi de fil très lin , qui accroît beaucoup le prix des dynamos. En outre, les réactions de selfinduciion conduisent dans un cas semblable à des extra-courants dangereux pour l'isolement des machines.
Il conviendra de choisir avec discernement les modes d'enrouleixient à employer, f n tenant compte de ce fait que, dans une transmission à l'aide de deux machines, le générateur a généralement une capacité de production limitée ; tandis que, dans les distributions importantes où les générateurs sont très puissants relativement aux récepteurs, on peut considérer sans inconvénient la puissance génératrice comme indéfinie.
M. Kapp cite à cette occasion un cas instructif. Il avait cru obtenir une vitesse sensiblement constante dans un moteur en enroulant ce dernier en dérivation et en l'alimentant, sous une tension invariable, par une machine hypercompound, dans laquelle l'enroulement en série était prédominant. Au lieu d'une marche constante et régulière, M. Kapp observa des arrêts et des renversements de marche accompagnés de gerbes d'étincelles aux collecteurs des deux machines. Voici ce qui se produit. Le moteur étant mi.s en relation avec la génératrice absorbe , au moment du démarrage, un courant très supérieur au courant normal de cette dernière et ses inducteurs ne s'excitent que faiblement. Il en résulte que l'induit du moteur a le temps de prendre une vitesse beaucoup plus grande que sa vitesse de régime avant que les inducteurs soient
complètment excités. On a , en effet , N = — — '§571. Mais il
arrive un moment où, par suite du développement de la force contrcéleciromotrice eâu moteur, les inducteurs s'excitent brusquement. La valeur de c devient ainsi supérieure à la force électromotrice du générateur et le courant est renversé dans le circuit. Comme Tenroulement en série de la machine compound prédomine, celleci éprouve un renversement de pôles et envoie un courant inverse dans le moteur, qui, après s'être arrêté, se met à tourner à contre-balais jusqu'à ce que ses inducteurs aient perdu leur aimantation. Alors se produit un nouvel arrêt, puis une marche accélérée dans le sens normal jusqu'à ce que l'induit ait acquis de nouveau une vitesse suffisante pour intervertir le courant. Ces renversements ne se produiraient pas si la résistance initiale, opposée à la marche du moteur, était suffisante, ou si l'enroulement en dérivation de la génératrice avait une action prépondérante. L^auteur a constaté des phénomènes analogues aux précédents avec une génératrice en série et une réceptrice en dérivation.
Au lieu de faire usage de deux dynamos pour la transmission de l'énergie à distance, il est prudent, dans certains cas, de multiplier ces appareils, afin de réduire les chances d'interruption. On pourra adopter les groupements de machines précédemment décrits, dont les plus caractéristiques sont les suivants.
Plusieurs génératrices, excitées en dérivation ou par une dynamo spéciale, sont reliées en parallèle et l'excitation est réglée de manière à obtenir à l'extrémité de la ligne une différence de potentiel constante. Les réceptrices sont également dérivées les unes par rapport aux autres.
Une disposition préférable dans les transmissions à grande distance consiste à réunir en tension plusieurs génératrices en série. Les moteurs sont installés d'une manière analogue au poste de réception. Par ce moyen, il est possible de maintenir les forces électromotrices des machines dans des limites qui facilitent la construction de ces appareils. Ainsi M. Fontaine a pu, en groupant des machines de i 5oo volts, dont la construction n'offre aucune difficulté, arriver à une tension totale de 6 ooo volts.
Dans le système en dérivation, au contraire, chaque machine génératrice doit développer la force électromotrîce totale. Or, on
sait que les collecteurs du genre Gramme se prêtent mal à des tensions supérieures à 2 000 volts , lesquels amènent souvent des gerbes d'étincelles entre des balais.
592. —Emploi des machines à courants altematifts. — Grâce aux perfectionnements incessants apportés dans la construction des moteurs à courants alternatifs , il est devenu avantageux d'utiliser ces appareils dans les transmissions à grandes distances parce qu'ils se prêtent beaucoup mieux que les dynamos à courant continu à l'emploi des hautes tensions.
Les machines h courants alternatifs se recommandent par la simplicité de leurs collecteurs, moins sujets que les collecteurs des dynamos continues à être endommagés lorsque les tensions sont élevées. Dans certains moteurs polyphasés , le commutateur a même pu être entièrement supprimé. Les alternateurs permettent d'obtenir une marche absolument synchronique des deux machines en communication Enfin , Tcmploi des transformateurs donne le moyen de réduire d'une façon simple îa tension du courant à l'arrivée, lorsque le moteur doit être mis dans les mains de personnes inexpérimentées.
Par suite du rendement élevé des transformateurs à courants alternatifs, on peut aussi , sans diminuer sensiblement Teffet utile delà transmission, adopter une double transformation. La machine génératrice à basse tension aliinenic un transformateur qui produit les potentiels élevés exigés pour la bonne utilisation du cuivre de la "gne. Au poste de réception, un nouveau transformateur ramène '3 tension dans des limites convenables. Cette combinaison a davantage de permettre l'emploi de machines à faible potentiel , aont la manipulation est sans danger et la construction facile. De ^^'îes machines sont en outre susceptibles d'un rendement supérieur ^ ^elui des dynamos à haut potentiel, attendu que les isolants y <>ccupent une place beaucoup moindre. Lorsque la haute tension ^^^ Hmitée à la ligne , il n'y a aucun inconvénient à admettre des potentiels très élevés, car aux points de vue des dangers et des difficultés d'isolement, il n'y a pas beaucoup de différence entre un Poteniîel de 2 000 volts, par exemple, et un potentiel de 10 000 volts. *-a Solution précédente permet donc une très grande économie sur le cuivre de la ligne.
On se rappellera ce qui a été dit au § 5o3, au sujet des coûts comparatifs des conducteurs dans les divers systèmes polyphasés, et en particulier Tavantage que possèdent les courants à trois phases sur les courants à i et à 2 phases.
593. — Distribution de la puissance mécanique. — Nous avons admis, dans ce qui précède , que les génératrices et les réceptrices sont concentrées dans deux postes distincts ; les premières étant activées par une force motrice produite à une certaine distance d'une usine où l'on utilise la puissance disponible.
Il existe des applications où , d'un centre de production unique , on doit distribuer l'énergie à une série d'électromoteurs ou de lampes éparpillés dans un espace plus ou moins étendu.
C'est le cas lorsqu'à proximité d'une ville se trouve une chute d'eau qu'on désire utiliser à la distribution de la puissance motrice et de la lumière, ou bien encore lorsque , dans une usine ou une exploitation, on veut concentrer la production de la force motrice dans un atelier spécial , où l'oa développe l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation des moteurs et des foyers lumineux. Nous ne ferons qu'énumcrer les solutions que peut recevoir la question, en renvoyant, pour les détails , à l'exposé des principes généraux énumérés dans les chapitres précédents.
Si le centre de production est peu éloigné des points d'utilisation, une distribution directe en dérivation sera la solution la plus simple. Mais , lorsque la distance est considérable , il faut , en vue d'économiser le cuivre des conducteurs, recourir à des tensions élevées qui ne peuvent être admises dans les récepteurs autres que ceux des usines où l'on dispose d'un personnel spécial : il est nécessaire alors de faire subir à l'énergie électrique une transformation. Nous savons que l'emploi des transformateurs à courants alternatifs ou à courant continu, ou encore celui des accumulateurs, fournit le moyen de résoudre la question. La solution par les accumulateurs, chargés en série et déchargés en dérivation, présente l'avantage de permettre, un emmagasinement continu et une régularisation commode du débit, ce qui n'est pas à dédaigner lorsqu'on doit utiliser des forces motrices variables; mais le prix actuel de ces appareils en restreint l'emploi , aussi la transmission
DE LA PUISSANCE MÉCANIQUE. 2o3
par courants alternatifs a-t-elle à présent la préférence des électriciens pour les grandes distances.
En ce qui concerne le mode d'enroulement des moteurs à courant continu à adopter, on aura égard au système de distribution et au genre de travail qu'ont à effectuer ces appareils. Le plus fréquemment la distribution a lieu en dérivation. On a vu que le moteur en série, qui se recommande par sa simplicité et par l'effort de démarrage dont il est capable, ne convient que pour autant que la charge ne descende jamais en dessous d^une certaine limite. Cependant, lorsqu'un agent est spécialement préposé à la surveillance du moteur, il n'y a pas à craindre que celui-ci s'emporte et Ton est libre d'adopter, même avec des charges très variables, l'excitation en série. Le moteur excité en dérivation est susceptible de fournir automatiquement une régularisation de vitesse très suffisante dans la plupart des cas. 11 a l'inconvénient, lorsqu'on fait usage de tensions de distribution élevées, de nécessiter du fil très mince sur les inducteurs, ce qui accroît le coût de la machine, les difficultés d'isolement et les chances d'accidents par l'effet des extra-courants. Enfin, l'excitation compound à enroulements concourants permet de réunir les avantages des deux systèmes précédents, tandis que l'excitation à enroulements différentiels donne la possibilité d'une régularisation absolue de la vitesse.
Les moteurs à courants alternatifs polyphasés se prêtent à une réduction commode de la tension dans la distribution. De plus, ils permettent de supprimer le collecteur dans les appareils de faible puissance et d'arriver ainsi à un prix de construction .assez faible pour qu'il soit possible, dans les ateliers, d'adjoindre un moteur à chaque outil et de supprimer toutes les transmissions mécaniques dont les frottements entraînent des pertes considérables. Afin de varier la vitesse des moteurs suivant le genre de travail des outils , on peut avoir plusieurs génératrices de fréquences différentes , et relier les réceptrices à celles des génératrices qui fournissent la vitesse de rotation la plus convenable. Une distribution par courants alternatifs donne la latitude d'alimenter directement les moteurs d'usine par des courants de haute tension et de réduire la tension dans les moteurs domestiques et dans les lampes, par l'emploi des transformateurs.
594. — Projet. — Fn vue d'appliquer les formules établies au § 590, supposons qu'une puissance motrice disponible de 5o chevaux doive être transmise, à 10 kilomètres de distance, à Taide de deux dynamos en série, dans lesquelles la force électromotrice maxîma tolérée est 2 000 v, et d'une canalisation aérienne pour laquelle on prévoit un taux d'amortissement et d'intérêt de 7 V2 pour 100. Le prix du bronze ayant une résistance spécifique de 2 microhms-cm à o^ C est , par hypothèse, de 3 fr. le Kifogramme, pour les fils de gros diamètres. Enfin , le coût annuel d'un kilowatt électrique supplémentaire est estimé à 240 francs, ce qui, à raison de 2 000 heures de travail, représente 12 centimes par kilowattheure, c'est à dire le prix du travail fourni par une machine à vapeur d'une dimension moyenne, lorsque le combustible coûte 20 francs la tonne.
Dans les dynamos de la puissance requise, le rapport de la puissance électrique totale à la puissance mécanique dépensée varie de 0,90 à 0,97. Nous adopterons 0,94 pour la génératrice et 0,92 pour le rapport entre la puissance disponible sur l'arbre de la réceptrice et la puiçsance électrique de celle-ci, cette machine étant supposée avoir la même dimension que la précédente, mais une vitesse moindre.
La puissance électrique à développer par la première est
L'intensité du courant est
( ') Les opérations numériques ont été faites à la règle à calcul.
APPLICATIONS 2o5
La règle de Kelvin. §4/5, indique, pour les données précédentes, la densité de courant
,Jna /(),o27 X o.ojh
^ ri' Y __: — X 2 X lo-c X 2 ooo
* i,ooo
Pour le courant de 17,3 a, la section sera
= 65 A par cm^.
-Çr- = 0,266 cm^
et le diamètre du conducteur
sf
La résistance d'une ligne de 20 kilomètres, aller et retour, posée à Taide de conducteurs semblables , est d'environ 1 5 ohms.
En admettant que les deux dynamos aient chacune une résistance intérieure de 5 ohms, la résistance totale du circuit devient
Ri=25 ohms,
La chute de tension dans le circuit est
et la force contre-électromotrice
Le rendement électrique de la transmission est, dans ces conditions,
et le rendement industriel
Le rendement commercial de la génératrice est
(2 COQ— 17,3 X 5) 17,3 36^^5 =^'9o.
On verra que ces résultats ont été dépassés pratiquement à /Criegstctten. Si le coût de la puissance motrice est supérieur à
240 fr. le kilowatt, on est conduit à une section plus forte pour le conducteur, ce qui améliore le rendement.
Prix approximatif d'une semblable transmission.
Deux dynamos de 35 kilowatts à 200 fr. par kilowatt, y compris le matériel accessoire 14000
Bronze, poids 0,266 X 2 000 X 8.9 = 4 730 kg à 3 fr. le kg 1 4 1 90
Poteaux, isolateurs et accessoires 3 000
fr. 3i 190
Cette somme représente les frais d'insiallaiion du matériel électrique pour une puissance utile de
5o X 0,678 = 33,9 chevaux, soit 922 fr. environ par cheval.
595. — Développements progressifs des transmissions de puissance motrice par l'électricité. — La première démonstration publique du transport électrique de Tcnergie a été faite par M. H. Fontaine, à Taîde de machines Gramme, à l'Exposition de Vienne, en 1873. Depuis lors, la société Gramme a effectué un grand nombre d'installations définitives de transport et de distribution de puissance motrice, en étendant progressivement les distances des transmissions à mesure que les perfectionnements des machines et la réduction de leurs prix permettaient de satisfaire à la fois aux desiderata théoriques et économiques (^).
M. Deprez, qui s'appliqua vers 1880 à Tétude du transport de la puissance par Télectricité, indiqua nettement la nécessité de recourir aux grandes forces éleciromotrices pour étendre le rayon des transmissions.
Il exécuta une série d'expériences de transport de force à grandes distances qui curent beaucoup de retentissement et qui, si elles ne donnèrent pas tous les résultats qu'en espérait leur promoteur, fixèrent l'aitention du grand public sur cet important problème.
(*) H. Fontaine, Transmissions électriques, Baudry, i885.
Après différents essais exécutés à Munich (1882), à Paris (i883)
et à Grenoble (i883), M. Deprez fit, en i885, des expériences sur
^ne ligne, de 56 kilomètres de longueur, posée entre Creil et Paris
et formée de fil de cuivre isolé, de 5 millimètres de diamètre. Le
double fil mesurait 100 ohms, auxquels s'ajoutaient 34,5 ohms
représentant la résistance des dynamos. Celles-ci étaient excitées
par des machines spéciales, ainsi qu'on Ta vu au §591. Elles étaient
<ie grandeurs différentes, toutes deux multipolaires, et tournaient,
1^ génératrice à 170 tours, la réceptrice à 277 tours. La force
^lectromotrice de la première atteignait 6 000 volts, la plus haute
tension produite à cette date à Taide des dynamos. Le courant était
d'environ 10 ampères. De la puissance absorbée de 1 16 chevaux, il
restait à la station de réception environ 52 chevaux, d'où un
rendement commercial voisin de 45 pour 100 pour la transmission.
■En 1886, M. Fontaine a réalisé au moyen de dynamos Gramme
^ Un modèle courant, disposées en série, une transmission de force
«ans des conditions de résistance extérieure analogues à celles de
J expérience précédente. Quatre dynamos excitées en série et
reunies en tension étaient commandées par un arbre commun, à
I aicie de galets de friction. Elles communiquaient, par Tiniermé-
diaire de résistances artificielles ayant en tout 100 ohms, avec trois
réceptrices identiques aux génératrices et rendues solidaires par
des manchons d'accouplement.
La tension totale des génératrices tournant à i 200 tours était 5 900 volts. Le courant ne dépassait pas 9,5 ampères. Le rendement correspondant à une puissance utile de 5o chevaux dépassait 52 pour cent. Le poids total des dynamos , qui atteignait le chiffre e%a6^^^ de 70 tonnes dans l'expérience de Creil, n'était que de g^4 tonnes dans celles de M. Fontaine.
I Le plus remarquable essai de transmission électrique à longue
distance a eu lieu, à l'occasion de l'Exposition d'électricité de pi-aocfort, entre cette ville et Lauffen qui en est distante de 175 km. Ufic chute d'eau de i 5oo chevaux, dont 3oo sont utilisés à l'aide j^uiie turbine, a servi, à Lauffen, à actionner une génératrice ' courants triphasés du système Oerlikon, ^^ 449. La tension 1 ^Q volts développée par celte machine a été relevée jusque 25 000 lis P^^ ^" transformateur à 3 circuits plongeant dans l'huile. uafiC était composée de 3 fils de bronze de 4 mm de diamètre,
portés par des isolateurs à huile. Un transformateur à l'arrivée ramenait la tension à 5o volts dans un circuit où Ton pouvait indifféremment introduire des lampes ou un électromoteur à courants triphasés. Le rendement entre la réceptrice du système Dobrowolski et Tarbre de la turbine a atteint j5 pour loo.
596. — Applications industrielles. — Les premières expériences, qui eurent surtout un intérêt théorique , donnèrent Tessor à des applications industrielles qui se développèrent particulièrement dans les pays favorisés de chutes d'eau , tels que la Suisse. La Société d'Oerlikon a installé, en 1888, entre Kriegstetten et Soleure, sur une distance de 8 kilomètres , une transmission électrique destinée à utiliser la puissance d'une chute d'eau variant de 3o à 5o chevaux et située dans la première de ces localités. Cette application est intéressante , tant par ses résultats que par les mesures très précises auxquelles elle a donné lieu sous les auspices d'une commission présidée par M. F. Weber.
A Kriegstetten, deux dynamos Brown, enroulées en série et associées en tension, sont mues par une turbine hydraulique. Elles communiquent, par trois conducteurs en cuivre de 6 millimètres de diamètre, avec deux dynamos légèrement plus faibles, installées, à Soleure, dans une usine qui utilise directement la puissance reçue. Le système à trois conducteurs permet de réduire la tension aux bornes de chaque machine et d'assurer le fonctionnement partiel de la transmission lorsqu'une des dynamos vient à être dérangée. La ligne supportée par des poteaux, au nombre de 180, est pourvue d'isolateurs Johnson et Phillipps, § 5 18. Chacun des trois conducteurs mesure 4,5 ohms et possède un isolement pratiquement parfait. Chacune des dynamos génératrices peut développer, à 700 tours, une force électromotrice de i 25o volts et un courant de 18 ampères. Leur rendement commercial est de 88 pour 100. La résistance totale des deux génératrices est de 7,25 ohms, celle des réceptrices 7,06 ohms.
La force électromotrice totale fournie par les génératrices en tension était, pendant l'essai, de 2 128 volts, celle des réceptrices de I 896 volts; d'où un rendement électrique de 89 pour 100. Intensité du courant: 9,78 ampères. La puissance mécanique communiquée par les turbines aux génératrices était de 3o,85 chevaux ; la puissance
recueillie au frein sur les réceptrices atteignait 23, o5 chevaux, d'où un rendement commercial de 74,7 pour 100.
Une autre transmission électrique existe près du lac des Quatre Cantons. Une chute d'eau, de 60 chevaux de puissance , de la rivière TAa, est utilisée pour mouvoir, à une distance de 4 kilomètres, le chemin de fer funiculaire qui relie le bord du lac au Burgenstock situé à 400 m au dessus de celui-ci.
La môme transmission permet d'effectuer, le soir, l'éclairage de l'hôtel de Burgei^stock, qui absorbe environ 3o chevaux. Enfin, dans les intervalles entre la marche des trains, le courant électrique est utilisé à monter l'eau du lac pour les besoins de l'hôtel.
L'énergie électrique nécessaire à ces divers services est produite par deux dynamos Thury excitées en série ei réunies en tension. Chacune développe, à une vitesse de 750 tours par minute, 20 kilowatts utiles avec un rendement industriel de 90 pour 100. Une canalisation aérienne, composée de trois conducteurs en cuivre nu de 4,5 mm. de diamètre, relie l'usine hydraulique au Burgenstock et transporte le courant de 20 ampères fourni par les génératrices.
Fig. 357.
Le chemin de fer funiculaire a un développement de 936 m, avec une pente moyenne de 53 pour 100. Deux wagons sont reliés par un câble qui passe, à la partie supérieure du plan incliné, sur deux tambours représentés dans la fig. 357. Les dynamos réceptrices ont à développer un effort égal à la différence des tensions des deux brins du câble augmentée des frottements. Le tambour supérieur est mu par une transmission figurée en plan et en élévation. La
vitesse est régularisée par un frein placé sur Taxe de ce tambour. Un système de roues d'angle à débrayage sert à changer le sens de la rotation du tambour sans modifier celui des dynamos. La troisième dynamo, figurée en plan, sert à alimenter le soir les lampes de rhôtel.
La Suisse possède plusieurs applications des câbles télodynamiques , qui possèdent un rendement excellent. Toutefois , les difficultés que présentent ces intermédiaires au point de vue de la distribution de la puissance à des récepteurs éparpillés , ainsi que Tusure rapide des câbles, particulièrement par les mauvais temps, leur font actuellement préférer les transmissions électriques.
L'installation de Lauffen, qui a servi à la démonstration du transport de l'énergie à l'Exposition de Francfort, est utilisée maintenant pour la distribution de la puissance mécanique ainsi que pour l'éclairage à Heilbronn, à une distance de 1 1 km de la première ville. La génératrice de 3oo chevaux fournit 5o volts et 4 ooo ampères sous une fréquence égale à 40. Un transformateur non immergé dans l'huile élève la tension à 5 000 volts. La ligne consiste en trois fils de cuivre, de 6 mm de diamètre, soutenus, par des isolateurs à huile, sur des poteaux dont la hauteur varie de 8 m, dans la campagne, à 14 m, dans les agglomérations habitées. A l'entrée de Heiibronn, un transformateur ramène la tension à I 5oo volts. Delà, des branchements formés par des câbles à 3 brins concentriques alimentent des sous-stations où sont placés des transformateurs réduisant la différence de potentiel à 100 volts. Le courant est amené aux lampes par les trois fils du système de distribution, dans les installations importantes. Dans les petites installations, on se contente d'introduire deux fils distributeurs. On a cherché à équilibrer, aussi bien que possible , le débit des trois circuits ; néanmoins on observe parfois des fluctuations de 3 à 4 volts dans la tension. Quelques électromoteurs, de 1/2 à 6 chevaux, sont alimentés par la distribution. L'intensité des courants polyphasés qu'ils absorbent est sensiblement la même à vide qu'à pleine charge, mais, dans le premier cas , le retard de phase est suffisant pour réduire considérablement l'énergie dépensée. Les électromoteurs dont la puissance dépasse 2 chevaux sont munis d'un rhéostat de démarrage, afin de ne pas absorber un courant trop
\ntense à la mise en marche , lequel ferait baisser la tension dans les circuits des lampes. Les compteurs employés sont du système Aron.
597. — Applications à Tartdes mines. — Les transmissions électriques sont appelées à rendre de grands services dans l'exploitation des mines, attendu qu'une même canalisation pourvoit à l'éclairage des travaux et permet d'assurer tous les services nécessitant une force motrice , à savoir : l'extraction , l'abattage , le transport, Texhaure, la ventilation, auxquels s'ajoutent, dans certains cas , la préparation mécanique et le traitement électrochimique des minerais. La concentration en une seule usine de la production de la puissance motrice permet alors d'utiliser les moteurs les plus économiques. L'emploi de l'électricité rend en outre possible l'utilisation de forces naturelles et l'exploitation de certaines mines restées improductives par suite de la cherté du combustible.
Jusqu'à présent, l'agent de transmission le plus employé dans les travaux souterrains est Tair comprimé, à l'aide duquel on a percé les grands tunnels des Alpes. Mais les aéromoieurs ont un rendement médiocre par suite de la difficulté opposée par le refroidissement de l'air à l'emploi de la détente. Il est vrai que le réchauffage de l'air et l'injection de vapeur (systèmes Cornet, Popp) permettent d'améliorer le rendement, mais ces procédés nécessitent des foyers, compliquent les moteurs et, partant, ne sont guère applicables aux travaux des mines, où les appareils doivent être simples et faciles à conduire et où les fumées de foyers sont inadmissibles. A cet égard, les moteurs électriques présentent toute satisfaction, puisque leur rendement est élevé et qu'on peut les rendre auto- régulateurs en enroulant convenablement leurs inducteurs, § 573. En outre, les canalisations électriques suivent aisément les galeries les plus tortueuses, tandis que les tuyaux rigides nécessités par Tair comprime demandent une main d'œuvre coûteuse de mise en place. Dans les tunnels , l'air frais dégagé par les aéromoieurs ne constitue pas une ventilation suffisante pour permettre de se passer d'appareils d'aérage spéciaux ; dans les travaux de mines ordinaires, la quantité d'air apportée par ces moteurs est relativement plus faible encore.
Étant donné l'avantage des éJectromoteurs , leur emploi ne tardera pas à se développer dans les exploitations minières où l'atmosphère n'est pas chargée de gaz inflammables, comme c'est le cas dans les mines à grisou. Dans ces dernières, on pourra faire usage de moteurs sans collecteurs, tels que les moteurs polyphasés. M. Goolden emploie, dans ces circonstances, des moteurs à courant continu complètement entourés d'une enveloppe métallique emprisonnant un faible volume d'air et portant des orifices de ventilation fermés par des grillages. Les interrupteurs et autres appareils susceptibles de donner des étincelles seront enfermés dans des boîtes hermétiquement closes et traversées par les tourillons des arbres de manœuvre. Dans les interrupteurs, les étincelles sont d'ailleurs réduites par l'insertion progressive de résistances dans le circuit avant la rupture.
Dans les mines à grisou, on ne peut procéder à la soudure des joints des câbles , par suite de l'interdiction des lampes à souder. On est obligé d'étamer à l'avance les bouts des conducteurs à réunir et de les serrer dans des mâchoires qu'on enferme ensuite hermétiquement. De la sorte, si un Joint devient défectueux, les étincelles qu'il occasionne sont sans danger.
M. Atkinson a imaginé un câble de mine dont la rupture ne provoque pas d'étincelles. Le conducteur du câble est double. Une partie de forte section est disposée autour d'un conducteur central séparé. Ce dernier, dont la section est faible, est enroulé en hélice. Si une traction rompt le conducteur extérieur, le courant passe tout entier par l'hélice centrale qui peut s'allonger considérablement, et le fil fusible qui la protège au tableau de distribution fond avant qu'elle soit rompue.
Pour favoriser le développement de ces applications, il est important que les constructeurs électriciens se donnent la peine d'étudier les appareils de mines et cherchent au besoin des types spéciaux appropriés aux électromoteurs, dont la vitesse de rotation est généralement considérable. C'est ainsi que les perforatrices et les baveuses mues directement par des moteurs électriques ont été étudiés en France par M. Taverdon, en Angleterre par M. Blackburn, aux États-Unis par MM. Van Depoele et Edison, et en Belgique par M. Dulait.
Le cadre de cet ouvrage ne nous permet pas de multiplier les
exemples d'applications de Télectricité aux travaux des mines ( * ) Nous nous contenterons de citer un cas montrant Tamélioration de rendement obtenue par la substitution de Télectricité à Tair comprimé.
Au charbonnage Saint-Jean , à Normanton (Angleterre), une pompe souterraine, mue par une dynamo, est destinée à élever 53o litres d'eau à la minute à une hauteur de près de 3oo mètres.
La machine génératrice, qui produit un courant de 62 ampères sous une tension de 6o3 volts , fait 450 révolutions par minute. Le câble a une résistance de o,5 ohm. Le moteur fait 460 tours par minute et la pompe 25 tours.
La puissance indiquée , de 73 chevaux , à la machine motrice se répartit comme suit dans les divers organes de la transmission :
Frottements de la machine motrice chevaux 6,9
Pertes dans la courroie et la machine génératrice. » 4,8
Perles dans le câble et le moteur » 6,7
Pertes dans la courroie, l'arbre de transmission
et la pompe marchant à vide » 10,2
Puissance absorbée par l'élévation de l'eau. . . » 3i,5 Pertes dues au frottement de Teau dans la colonne
ascensionnelle et dans la pompe » 12,9
Total : chevaux 73,0
La perte considérable, due au frottement de l'eau, tient à une
section insuffisante du tuyau de remonte. Malgré ces conditions
3i 5 défectueuses, on voit que la transmission électrique rend -~ , soit
environ 43 pour 100 du travail indiqué à la machine à vapeur. La transmission par l'air comprimé qui faisait auparavant le même service rendait au maximum 14 pour 100.
A la suite de ces résultats, les appareils à air comprimé, qui servaient à mouvoir un transport intérieur dans le même charbonnage, ont été remplacés par une transmission électrique.
(*) Voir : Saladin, Le matériel électrique dans les mines. Bull, de la Soc. int. des élect. Décembre 1891.
IdASSOttf Revue universelle des mines, 1892.
