D'EXCITATION

Les dispositions données aux inducteurs des machines sont très variables. Peur le moment, nous supposerons qu'ils forment un circuit magnétique simple, comprenant deux noyaux réunis par une culasse et portant des épanouissements ou pièces polaires embrassant Yarmature.

342. — Machines magnéto-électriques. — Pour une raison que nous étudierons plus loin, dans les petites dynamos de laboratoire, les inducteurs sont souvent constitués par des aimants permanents, tandis que dans les machines industrielles à courant continu, on se sert généralement d'éleciro aimants.

Les aimants permanents semblent à première vue plus avantageux; l'entretien du champ magnétique qu'ils développent ne demande aucune dépense , tandis que le courant i qui excite les électro-aimants nécessite, en vertu de l'effet Joule, une dépense par seconde de ï^r watts, r étant la résistance des bobines magnétisantes. Mais cet avantage n'est qu'apparent, car les électro-aimants prennent une aimantation beaucoup plus grande que les aimants artificiels et fournissent, par conséquent, des champs magnétiques bien plus intenses; or, comme la force électromotrice d'induction est proportionnelle à l'intensité du champ, il en résulte que l'excitation électromagnétique permet de réduire le développement du fil de l'armature dans de notables proportions, par suite, de diminuer sa résistance, la perte en chaleur due à l'effet Jogle dans l'induit, ainsi que les réactions magnétiques de ce dernier.

Enfin, les machines à électro-aimants ont, à égalité de puissance,

un volume beaucoup moindre que celui des dynamos à aimants

permanents; doù résulte une sérieuse économie sur les frais de

fabrication.

434 MACHINES DYNAMO-léLECTRIQUES.

343. — Excitation indépendante. — Le courant qui parcourt le fil des électro-aimants d'une dynamo peut être fourni par une petite machine spéciale appelée excitatrice. La dynamo est dite alors à excitation indépendante. Dans une telle machine, le circuit des inducteurs est complètement distinct du circuit induit; cependant, le champ magnétique dans lequel se meut l'armature n'est pas indépendant du courant qui parcourt celle-ci. La réaction du courant de Tarmature affaiblit, en effet, le champ dû aux inducteurs. Sans celte réduction, la force électromotrice d'une machine excitée séparément serait proportionnelle à sa vitesse, en vertu de la formule

e = nN JL X 10—8 volts.

Mais, à cause de la réaction de Tinduit sur le champ , <DL décroît à mesure que le courant produit devient plus intense.

344. — Auto-excitation. Défaut d'amorcement. — Les premières machines dynamo -électriques étaient excitées par une petite machine magnéto -électrique. Cette complication fut évitée -par la découverte du système d'auto-excitation , dans lequel Je courant môme produit par la machine parcourt les électro-aimants inducteurs.

Voici comment, dans ces conditions, le courant commence à se produire, ou, suivant l'expression admise , comment la machine s'amorce. Les noyaux des inducteurs, une fois aimantés par un courant auxiliaire convenable, conservent des traces plus ou moins importantes de magnétisme rémanent. Quand la machine est mise en mouvement, Tinduit tournant dans ce champ résiduel produit un courant qu'on envoie, en tout ou en partie, dans les bobines des inducteurs. Si ce courant est supérieur à celui qui correspond à l'aimantation rémanente de ceux-ci, le magnétisme des inducteurs croît. Par suite, le champ magnétique augmente et le courant induit est renforcé. Grâce à ces réactions mutuelles , les noyaux des électro-aimants arrivent rapidement à un degré d'aimantation en rapport avec la vitesse de la machine et la résistance extérieure. Il arrive parfois que le courant initial est orienté de manière à réduire le magnétisme rémanent des inducteurs. Dans ce cas, la dynamo ne s'amorce pas. Il faut alors intervertir les connexions

CIRCÎUIT MAÛNÉTIQI'F. DES DYNAMOS.

des inducteurs avec Tinduit pour rétablir le courant excitateur dans le sens normal.

345. — Inducteurs en série. — li existe un certain nombre de systèmes de machines auto-excitatrices, différant par la manière dont le circuit des bobines des inducteurs est rattaché au circuit principal formé par Tinduit et le fil extérieur. Le système le plus

Fig. 178.

Fig. 179.

simple consiste à intercaler les bobines de Télectrc-aimant dans le circuit principal, fig. 178. La machine est alors appelée dynamo en série. Les bobines des inducteurs ont, dans ce cas, la résistance la plus faible possible, afin de réduire la pcrie d'énergie due à Teffet Joule.

Lediagramme, fig. 179, montrenettement ladisposition du circuit,

La force électromotrice a pour expression

e = n N •3'b X 10—^ volts, et le courant

antperes ;

r désignant la résistance de Tinduit prise entre les balais, s la résistance des inducteurs,

p la résistance du circuit extérieur , dans lequel on suppose qu'il n'existe aucune autre force éleciromoiricc. Toutes ces résistances sont exprimées en ohms.

436 MACHINÎ^S DYSAMO-éLECTRnrES.

La puissance électrique totaie ei. fournie par la machine, se divise en une panie i-p disponible dans le circuit extérieur, ei une panie P/r-f-j/ dépensée dans réchauffement du tîl de l'induit et des inducteurs.

La différence de potentiel aux bornes reliées au conducteur extérieur est

ex

On verra qu'arec une vitesse donnée , la résistance extérieure ne doit pas dépasser une certaine valeur maxima , pour que Vamorcement ait lieu. Si la résistance diminue progressivement à partir de cette valeur , le courant croit rapidement , car « d'une part , la résistance électrique totale du circuit s'affaiblit, et, d'autre pan, la force éiectromotrice augmente, par suite de l'accroissement d'intensité du champ magnétique.

En dessous d'une certaine valeur de la résistance extérieure, rintensité du courant atteint une limite dangereuse pour la conservation de la dvnamo ; il faut éviter avec soin tout court-circuit accidentel en intercalant , à la suite de la machine un interrupteur automatique qui rompt progressivement le courant , lorsque celui-ci dépasse la limite de sécurité. Lors d'un court-circuit, le couple résistant de la machine croit brusquement et provoque souvent la chute de la courroie de transmission ou Farrêt du moteur, si ce dernier n'a pas une puissance considérable. Si la courroie ne saute pas, l'induit brûle ou se rompt.

11 faut aussi éviter de couper brusquement le circuit d^une dynamo en pleine marche, lorsquelle développe une force électromotrice considérable, car Textra-courant de rupture peut occasionner à rintérieur des bobines des accroissements excessifs de potentiel et, par suite, des étincelles à travers Tisolant. A plus forte raison ne faut-il jamais rompre le circuit en marche par le soulèvement des balais, car, indépendamment du danger signalé ci-dessus , on provoquerait au collecteur de fortes étincelles d'exira-courant qui endommageraient rapidement celui-ci.

On peut, pour réduire progressivement Tiniensité du courant avant Tinterrupiion, intercaler des résistances croissantes dans le circuit extérieur. Une autre solution consiste à dériver par rapport

aux inducteurs des résistances décroissantes , qui affaiblissent graduellement le courant d'excitation.

Supposons qu'une machine en série, préalablement excitée sur un circuit conducteur entièrement métallique , soit reliée à une batterie d'accumulateurs de manière à ce que la force électromotrice é de ceux-ci s'oppose à la force électromotrice e de la dynamo. R étant la résistance totale du circuit, l'intensité du courant sera

Si, à un moment donné, la machine ralentit progressivement, la force électromotrice d'induction e diminue et peut devenir inférieure à la force électromotrice e' des accumulateurs. Dès lors, le courant change de sens dans le circuit et les électro-aimants inducteurs prennent une aimantation inverse. Il s'ensuit que la force électromotricc induite change de signe et que, si même on rend à la dynamo sa vitesse initiale, le courant ne peut reprendre sa direction primitive. La dynamo décharge alors les accumulateurs au lieu de les charger.

346. — Inducteurs en dérivation. — Pour remédier aux inconvénients dont il vient d'être question, on a imaginé de monter les

'<ttJL5i>^

Fig. 180.

Fig. 181.

inducteurs en dérivation par rapport à la résistance extérieure ainsi que l'indiquent les diagrammes ci-dessus. Il est aisé de voir que

par cette disposition, le sens du courant dans les bobines magnétisantes reste invariable, même si une force conire-éleciromotrice existant dans le circuit extérieur devient supérieure à la force électromoirice induite.

Il en résulte que le renversement accidentel du courant dans rinduît ne peut amener le changement de polarité des inducteurs et que, lorsque la dynamo reprend sa vitesse normale après un ralentissement momentané, le courant utile revient à sa valeur initiale. Tout ce qu'on peut craindre, en celte occurence, est que le courant produit par la source extérieure ne dépasse une limite dangereuse pour la conservation de Tinduit.

La disposition des conducteurs indiquée dans la fig. i8i montre que rintensité du courant dans Tinduit a pour expression

d désignant la résistance des bobines en dérivation, lesquelles sont traversées par le courant

d -hp

Il importe, au point de vue de la bonne utilisation de la machine, que ce courant soit une faible fraction du courant total produit par rinduit. Dans ce but, on compose le circuit des inducteurs de fil fin enroulé en un grand nombre de spires et présentant une grande résistance électrique.

La dépense d'excitation des inducteurs sera d'ailleurs sensiblement la même que dans le cas précédent, si le volume occupé par le fil ainsi que la densité du courant dans le cuivre restent constants,

La dynamo s'amorce en circuit ouvert, c'est à dire lorsque la résistance extérieure est infinie, car alors la machine fonctionne comme une dynamo en série. Lorsque la résistance extérieure décroît au delà d'une certaine limite, la machine se désamorce, car les bobines placées en dérivation ne sont plus alors alimentées par un courant suffisant pour maintenir Tétat magnétique de la machine. A l'inverse de ce qui a lieu pour les dynamos en série, il n'y a donc

aucun inconvénient à mettre en court-circuit une machine en dérivation.

On remarquera que, pour une induction magnétique donnée à travers les noyaux des inducteurs, la self-induction de ceux-ci est proportionnelle au carré du nombre des spires, § i52. Elle est donc bien plus grande dans les dynamos en dérivation que dans les machines en série. L'effet de la self-induction est de s'opposer aux variations brusques du courant, et, par suite, de maintenir la constance du flux magnétique utile lorsqu'il se produit des changements momentanés dans la force électromotrice de la machine.

Celte self-induction peut aussi déterminer des étincelles capables d'endommager les conducteurs, si l'on interrompt brusquement le circuit des inducteurs. Il faut ou laisser les inducteurs toujours fermés ou rompre progressivement par l'intermédiaire de contact, en charbon à écartement lent, entre lesquels se produit un arc voltaïque qui absorbe Ténergie de Textra-courant.

Par suite de la faible résistance généralement donnée à l'induit des dynamos en dérivation , la chute de potentiel dans cette partie est minime, et la différence de potentiel aux bornes ne diffère pas. très notablement de la force électromoirice totale, en sorte que si la vitesse et le flux restaient constants, la différence de potentiel aux bornes serait sensiblement invariable.

Mais, dans une machine en dérivation, le flux utile décroît lorsque le courant induit augmente, par suite de la réaction magnétique de l'armature.

On peut, toutefois, obtenir une différence de potentiel constante pour de grandes variations de la résistance extérieure, en insérant, dans le circuit des bobines excitatrices^ des résistances qu'on fait varier de manière à accroître le courant inducteur à mesure que le courant induit augmente

347. — Régularisation de la différence de potentiel des d3mamos par une excitation composée. — Pour obtenir une régularisation automatique de la différence de potentiel utile, on munit les inducteurs de deux enroulements distincts, placés l'un en dérivation et l'autre en série. On obtient ainsi les machines à excitation composée ou machines compound.

La fîg. 182 montre un exemple d'une telle combinaison. Lorsque,

MACHINES DYNAMO-ELECTRIQUES.

la résistance extérieure diminuant, le flux utile décroît par suite de la réaction magnétique de Tarmaiure, les bobines en série, traversées par un courant croissant, viennent renforcer le magnétisme des noyaux et augmenter la force électromotrice de la dynamo, de manière à maintenir la tension constante aux bornes. Toutefois, on verra que celte régularisation ne peut se faire qu'entre certaines limites et pour une vitesse déterminée.

Le problème posé peut aussi consistera faire croître la différence de potentiel utile, suivant une loi donnée, de manière à obtenir une tension constante en deux points du circuit extérieur plus ou moins éloignés de la machine. L'excitation en série doit alors avoir

kajuljul

Fig. 182.

Fig. i83.

une action plus grande que dans le premier cas, et la différence de potentiel aux bornes doit croître avec le courant extérieur. Les machines résolvant ce problème sont parfois dites hypercompound.

Les bobines en dérivation peuvent être branchées sur les balais de la machine ou sur les bornes extérieures. Le premier de ces enroulements est dit à courte dérivation ; le second, à longue dérivation.

Dans le premier cas, le courant total est

dans le second,

Dans le système à courte dérivation , le courant dérivé subît des variations moindres que dans le second cas ; d'où il résulte une réduction dans le nombre d'ampères-tours de Tenroulement en série nécessaire pour maintenir la tension constante aux bornes de la machine.

Dans les stations électriques importantes, où il y a toujours des agents préposés à la surveillance des dynamos, on préfère adopter le montage en dérivation qui, comme on le verra, rend plus commode le couplage des machines.

Les dynamos compound sont réservées pour les petites installations privées, où les machines ne sont pas soumises à un contrôle incessant, et où Ton peut craindre qu'une variation du courant de régime ne produise des modifications de tension susceptibles de détériorer des lampes électriques. On a vu que les réactions d'induit des machines à anneau sont supérieures à celles des machines à tambour. Par suite , la tension utile est, d'une manière générale , exposée à de plus grandes variations dans le premier système que dans le second , ce qui rend Tenroulement compound plus utile avec les machines à induit annulaire.