Régularisation du courant fourni par les machines

Lorsque les dynamos ont à alimenter des lampes en nombre variable disposées en série dans le circuit extérieur, on demande souvent que le courant qui parcourt celui-ci reste constant entre certaines limites. Le problème posé est, par conséquent, de faire varier la force électromotrice de la machine proportionnellement à la résistance totale ou, comme Ta résistance intérieure est généralement faible, à la résistance extérieure. Deux solutions sont souvent adoptées en pratique pour arriver au but. La première consiste à faire intervenir l'action de régulateurs électromécaniques. Ceux-ci sont commandés par l'armature d'un relais ou électro- aimant parcouru par le courant principal. Le déplacement de l'armature, provoqué par une variation de courant, peut avoir pour effet de modifier l'excitation de la machine par l'introduction de résistances

variables dans le circuit des inducteurs ou en dérivation par rapport à ce circuit.

Ainsi, dans la machine Brush excitée en série, le courant parcourt deux solénoides E, E, fig. 184, qui soulèvent des noyaux en fer réunis par une traverse A. Celle-ci agît sur un levier Z qui comprime quatre piles de plaques de charbon D,D, D, D, intercalées en dérivation par rapport aux inducteurs de la machine. Selon que la pression est plus ou moins grande, la résistance de contact des

Fig. 184plaques est plus faible ou plus forte ei le courant dérivé dans les piles réduit plus ou moins l'excitation. Chaque fois que le courant de la machine varie, Taction du levier Z, adoucie par une cataracte H , entre en jeu pour modifier le courant d'excitation de manière à ramener Tintensité à sa valeur normale.

La seconde solution utilise également un relais, dont l'armature provoque le déplacement des balais et amène ceux-ci sur des lames du collecteur présentant la différence de potentiel requise. Il s'ensuit que les bobines induites sont commutées sous les pièces polaires. La condiiiou nécessaire pour supprimer les étincelles aux balais est que la combinaison du flux dû aux inducteurs et du flu.^ dû à t'induit produise, dans la région occupée par les bobines commutées, un champ d'intensité déterminée et constante, quelque soit la position des balais.

On a vu, § 341 , que la force électromotrice d'une dynamo a pour expression

e = n N dL X 10-3 volts,

où N est le nombre de tours par seconde et n le nombre de fils comptés sur la surface extérieure de Tindult.

Le flux utile dZ est une fonction des dimensions de la machine , de rintcnsité du courant dans les bobines excitatrices et du courant de l'induit.

Le calcul de la force électromotrice d'une machine revient, par suite, à la détermination du flux magnétique utile sous les divers régimes de courant.

Cette détermination peut se faire par deux méthodes distinctes. La première, imaginée par MM. J. et E. Hopkinsonet Kapp, repose sur la considération du circuit magnétique de la machine et Tapplicaiion de la loi d'Ohm à ce circuit, § i53. La seconde, développée par MM. Frôlich et S. Thompson, utilise la formule empirique de Frôlich , § 58 , pour le calcul du flux utile en fonction du courant dans les bobines des électro-aimants.

349. — Méthode de MM. J. et £. Hopkinson. — Considérons une machine à anneau, dont les inducteurs sont formés par un électroaimant en fer à cheval dans lequel on distingue les noyaux entourés de fil, la culasse et les pièces polaires. Cet électro-aimant constitue avec son armature mobile un circuit magnétique dont nous allons analyser le flux. Parfois, les dynamos possèdent des inducteurs plus complexes ; nous verrons, lors de la description de ceux-ci, les réserves à garder dans le calcul du flux magnétique.

Négligeons pour le moment la réaction de l'induit sur le champ et considérons exclusivement l'effet magnétique produit par les bobines de Télectro-aimant. Si l'on désigne par mi le nombre d'ampères-tours des deux bobines, la force magnétomotrice est 4 7c miy § i53.

Le flux engendré par les bobines magnétisantes passe, en majeure

partie, par les masses de fer consiîtuant la carcasse des inducteurs et le noyau de Tinduit. Toutefois, comme ces masses sont environnées d'air, de cuivre et d'autres sub3tances perméables dans une certaine mesure aux lignes de force, il s'ensuit des dérivations de flux assez complexes, qui se produisent particulièrement autour de rinduit entre les pièces polaires.

Fig. i85.

La valeur relative de ces dérivations n'est pas constante, car si l'on peut supposer invariable la résistance magnétique de l'air et des substances autres que le fer, la résistance de ce dernier croit avec l'intensité du flux qui le parcourt.

Pour déterminer les dérivations de flux correspondant à une excitation déterminée des électro-aimants, c'est à dire à un courant donné à travers les bobines, on enroule autour du milieu de Tune d'elles une spire de fil i, fig. i85, reliée à un galvanomètre balistique, Si l'on supprime brusquement le courant excitateur, on obtient dans le galvanomètre une élongation permettant de mesurer la quantité d'électricité induite, § iSg, et, par conséquent, § 171,1a variation du flux magnétique à travers le noyau. Cette variation représente le flux total diminué du flux rémanent. Le flux total pourrait être obtenu en renversant le courant aussitôt après son interruption, ce qui occasionne une variation égale au double du flux cherché. Mais, comme la période d'établissement du courant est assez longue dans les bobines excitatrices, il faudrait un galvanomètre à oscillation extrêmement lentes pour obtenir des résultats

satisfaisants. Aussi Ton se contente, en général, de procéder par la première méthode et de considérer le résultat obtenu comme représentant le flux total, le flux rémanent étant négligé.

On répète la même expérience à Taide de spires 2, 3, 4, enroulées autour de la culasse, de la naissance des pièces polaires, des extrémités de celles-ci et enfin de l'induit. Les décharges correspondantes dans le galvanomètre balistique donnent la mesure des flux qui traversent ces diverses parties. Il faut remarquer que, puisqu'on cherche simplement les rapports des flux, il suffit de comparer enir'elles les élongaiions obtenues dans les mesures successives. La variation de surface de la spire d'essai est du reste indifférente, si la résistance du circuit de décharge reste constante.

Comme les dérivations de flux les plus importantes se produisent autour de Tinduit entre les épanouissements polaires, on peut admettre, dans une première approximation, que le flux reste constant dans la culasse, les noyaux et les pièces polaires. Dans cette hypothèse, appelons v le rapport entre Télongation du galvanomètre balistique obtenue avec une spire entourant le milieu d'un noyau de l'électro-aimant et Télongation correspondant à une spire enroulée sur l'induit. Le flux utile dans ce dernier étant dZ^ le flux total est v Db et le flux (v — i] dZ est perdu pour l'effet utile.

On déterminera ensuite la section et la longueur moyenne du flux de force dans les diverses parties composant le circuit magnétique utile ; ces longueurs se mesurent approximativement sur le dessin de la carcasse en fer de la machine, suivant les axes des divers conducteurs magnétiques, raccordés par des courbes adoucies.

La perméabilité de chaque partie du circuit s'obtiendra par des expériences préalables effectuées sur des échantillons du fer, de la fonte ou de l'acier qui entrent dans la construction de la carcasse de la machine. A l'aide de méthodes analogues à celles décrites aux §§ 260 et suivants, on obtiendra des courbes indiquant les variations de la perméabilité en fonction de l'induction magnétique. Si l'on ne peut procéder à des essais de ce genre, on utilisera les résultats indiqués dans les formulaires et déduits d'expériences faites sur des matériaux analogues à ceux employés dans la dynamo étudiée.

Ces données recueillies, la perméabilité de chaque partie de la

44^ MACHINES DYNALO-t^.LECTRÎQUES.

machine est connue dès qu'on indique Tinduction magnétique actuelle, c'est à dire le rapport du flux total à la section.

Soient /«, Sa et {x^ la longueur moyenne des lignes de force dans Tarmature, la section et la perméabilité de celle-ci; /e, ^c et «*<. les éléments correspondants pour Tenirefer. On remarquera que U est égal au double de Técartement entre le noyau de Tinduit et les pièces polaires ; Se est plus grand que la surface d'un des épanouissements polaires, attendu que les lignes de force entre les pôles et l'armature débordent des deux côtés des pièces polaires. Pour tenir compte de cette circonstance, MM. Hopkînson ajoutent en dessous et au-dessus de la surface polaire une bande latérale dont la largeur totale est égale à 0,8 de l'épaisseur de l'entrefer. La perméabilité de l'air étant prise comme unité, Uc = i. Le flux dans l'entrefer est considéré comme égal à celui qui traverse l'induit.

/^, Sp et \Lp sont respectivement la longueur moyenne, la section et la perméabilité des pièces polaires ; /| , St et j/t-, /^, Sc et \i.c représentent les mêmes éléments pour les noyaux des inducteurs et la culasse.

Cela posé, la seconde loi de Kirchhoff appliquée au circuit magnétique de la machine montre que la force magnétomotrice 4 iz mi est égale à la somme des produits des flux dans les diverses parties du circuit par les résistances magnétiques correspondantes, § i53.

Le courant d'excitation étant donné en ampères, on a d'une manière générale

4 « m I X 10—* = S îK;> — ^

ou en développant le second membre de cette expression , dans le cas actuel