m' I X io-< = X' (cCa + S^c) f v X
On déduit, de ces équations, les ampères-tours en dérivation ni i\ La différence mi — m' /' indique les ampères-tours en série nécessaires pour parer aux diverses pertes intérieures de potentiel. On verra, dans la suite, les conditions accessoires qui permettent de définir les sections et les longueurs des conducteurs à employer dans les deux enroulements. On aura une preuve de l'exactitude du résultat en vérifiant si, pour un courant intermédiaire, la différence de potentiel a la valeur voulue aux bornes.
Nous aurons Toccasion de revenir sur ce problème , pour montrer une solution graphique , plus précise que la précédente , qu'il est susceptible de recevoir.
360. — Rendements d'une machine. — Le rendement industriel ou commercial d'une machine est le rapport de la puissance élcc-
trique disponible dans le circuit extérieur à la puissance mécanique totale absorbée.
Le rendement électrique est le rapport de la puissance électrique utile à la puissance électrique totale de la machine.
On voit que le rendement industriel, le plus intéressant à connaître pour qui emploie la machine, est inférieur au rendement électrique, puisque ce dernier ne tient compte nî des pertes intérieures ducs aux courants de Foucault et aux effets d'hystérésis, ni des frottements des pièces mobiles contre les coussinets et contre l'air,
La détermination de la puissance et du rendement d'une dynamo exige une série de mesures mécaniques et électriques.
Afin de mesurer la puissance mécanique absorbée par une machine, diverses méthodes sont usitées.
Un premier moyen consiste à découpler le moteur et la dynamo et à appliquer sur l'arbre de commande un frein de Prony ou un appareil qui en lient lieu On détermine le travail absorbé par le frein après avoir eu soin de reproduire aussi exactement que possible les mêmes conditions de fonctionnement , pression , vitesse , degré d'admission , régime éventuel des pompes et condenseurs, que lorsque le moteur actionnait la machine électrique. Si la dynamo est conduite par une courroie, il conviendra de déduire du travail mesuré 5 pour i oo environ pour l'absorption par la courroie.
Fig. 191.
Un autre procédé consiste à mesurer directement l'effort transmis par la courroie à la machine électrique, c'est à dire à relever la différence des tensions dans le brin conducteur et le brin conduit.
Le dynamomètre de transmission de M. Von Hcffner-Aitencck est fréquemment employé dans ce but. Cet appareil se fixe entre le moteur et la dynamo et porte sept galets entre lesquels passe la oie, fig. iQE. Le galet du milieu peut seul se déplacer, les
autres ne servent qu'à guider les deux brins de manière à ce qu'ils exercent sur la roue médiane des pressions dirigées en sens inverses.
Cette roue médiane pivoie autour d'un axe qui se confond avec celui du petit galet de gauche; elle est équilibrée par un contrepoids dont le support oscille devant une ligne de repère et ses mouvements sont amortis par une cataracte à air.
Par suite de la tension prédominante du brin conducteur , situé à la partie inférieure dans la iig. 191, la roue mobile tend à être soulevée au dessus de sa position de symétrie, ce qu'indique l'index qui s'abaisse. Pour la ramener dans cette position , on agit sur un ressort gradué de manière à marquer directement la différence de tension des brins.
Cette graduation s'obtient en fixant verticalement le dynamomètre et en suspendant aux deux brins de la courroie, qu'on empêche de glisser, une série de poids inégaux. Le déplacement à communiquer à l'extrémité du ressort pour ramener l'index du contrepoids au repère est noté pour chaque valeur de la différence des tensions.
En même temps qu'on opère la mesure dynamométrîque, on relève la vitesse angulaire de l'induit à l'aide d'un comptc-tours« En multipliant le nombre de tours par seconde par la circonférence moyenne d'enroulement de la courroie sur la poulie de la dynamo, on obtient la vitesse linéaire de la courroie. Le produit de celle vitesse par la différence des tensions des deux brins représente la puissance mécanique absorbée par la dynamo.
Il y a toutefois quelques erreurs dues au glissement de la courroie sur la poulie de la dynamo et aux frottements des galets du dynamomètre, dont une partie seulement est comprise dans l'effort mesuré.
361. — Mesures électriques et thermométriques. — Les données électriques principales à relever sur une dynamo sont : la différence de potentiel aux bornes en circuit ouvert et en circuit fermé, l'intensité du courant dans le circuit extérieur et éventuellement dans les inducteurs en dérivation, enfin la résistance électrique des diverses parties de la machine et du circuit extérieur. Quelquesunes de ces mesures se prêtent au contrôle mutuel.
La détermination des différences de potentiel se fait en général à l'aide d'un voltmètre; celle des intensités par un ampèremètre. Les mesures des résistances exigent certaines précautions.
Par l'effet des courants intenses et des variations magnétiques de rinduit, les machines s'échauffent en sorte que les résistances des conducteurs croissent progressivement pendant la marche jusqu'à des valeurs de régime qui ne sont généralement atteintes qu'après plusieurs heures.
La température maxima tolérée dans l'induit est de 70 à jS^ C, ce qui suppose une élévation de So® à 35° environ au-dessus de la température ambiante pendant les jours les plus chauds.
On détermine approximativement la température des inducteurs pendant la marche, en appliquant sur ceux-ci la boule d'un thermomètre qu'on protège par du coton contre le rayonnement. Si l'on emploie ce procédé pour relever la température du fil induit au moment de l'arrêt, il est nécessaire de chauffer le thermomètre jusque près de la température de régime du fil, laquelle est déterminée approximativement par une expérience préalable. On remarque, en effet, qu'après l'arrôt de l'armature, la température du fil induit se relève pendant 10 à i5 minutes, car la cessation du courant d'air occasionné par le mouvement diminue le rayonnement de la chaleur intérieure de l'armature. Si donc on doit laisser trop longtemps le thermomètre sur l'induit, on constate non pas la température à l'arrêt, mais une température qui peut être notablement supérieure à celte dernière.
On doit mesurer les résistances, non pas à froid avant que la machine ait été mise en train, mais à chaud immédiatement après l'arrêt de la dynamo. La méthode exposée au § 232, et qui peut être employée si l'on dispose d'une source d'électricité auxiliaire telle qu'une batterie d'accumulateurs, a l'avantage de n'exiger, pour la mesure, qu'un ampèremètre et un voltmètre, appareils moins exposés aux accidents dus aux fausses manœuvres de commutateurs que le pont de Wheatstone et les autres instruments contenant des fils fins qu'une élévation brusque de courant peut mettre hors de service.
362. — Méthode d'essais électriques. — La fig. 192 indique une des dispositions employées pour la mesure des éléments électriques des dynamos.
Les résistances artificielles, à l'aide desquelles on constitue le circuit extérieur relié à la machine essayée, sont des fils aériens en
bronze tendus parallèlement sur des isolateurs et aboutissant à deux commutateurs C^ et C^ formés chacun d'une rangée circulaire de godets à mercure. Les godets de Tun des commutateurs sont
du
iJb
I it». 1(2.
reliés aux bouts commençants des fils, les godets du commutateur voisin aux bouts finissants. Au moyen de cavaliers en cuivre et des
466 MACHINES DYNAHO'^LECTRIQUES.
godets centraux, on peut réunir, en série ou en dérivation, un nombre quelconque de fils aériens. La combinaison de conducteurs ainsi formée est reliée au commutateur général C constitué également par la réunion d'un certain nombre de godets à mercure.
On substitue avec avantage, aux résistances métalliques précédentes, des tableaux de lampes à incandescence qui , au moyen de clefs, peuvent être réunies en série ou en dérivation, de manière à satisfaire à tous les besoins des expériences. En employant des lampes de rebut, on parvient à constituer des rhéostats très économiques, dont la self-induction est extrêmement minime.
Pour absorber des courants très intenses, on peut faire usage de lames métalliques plongées dans un baquet d'eau à circulation continue. Les lames de plomb offrent l'avantage d'être très peu altérées par l'électrolyse.
Un galvanomètre Deprez et d'Arsonval A sert d'ampèremètre, un autre V, de voltmètre. Le courant à mesurer passe dans une série de bandes de manganine ï ou s', sur lesquelles on dérive l'ampèremètre A. La résistance de A est telle que le courant qui traverse cet appareil peut être négligé devant le courant qui parcourt les conducteurs s, s'.
l 363. — Graduation de l'ampireniitre. — On gradue l'ampèremètre en faisant usage d'un courant d'intensité connue, mesurée à l'aide d'un voltamètre, § 214. Dans ce but, les conducteurs 5, f' sont
Fig. 193.
reliés au commutateur général C. Au moyen de clefs K, K', on peut mettre l'un ou l'autre de ces conducteurs en communication avec le galvanomètre A, par l'intermédiaire d'une boîte de résistance R Cl d'une clef 1 dont la fonction est de permettre l'interver-
sîôn du courant dans A. Pour procéder à la graduation , on constitue un circuit dans lequel on insère Tun des shunts, / par exemple, une batterie d'accumulateurs B susceptible de fournir un courant aussi constant que possible, les résistances artificielles reliées à C^ , Cj et un voltamètre M à sulfate de cuivre, fig. igS.
Les cathodes de celui-ci sont au préalable soigneusement décapées et pesées, et l'intensité du courant est réglée de manière à obtenir une densité inférieure à un ampère par dcm* de surface des cathodes. On note à des intervalles de temps égaux et rapprochés les déviations de Pampèremètre A. Lorsque le dépôt de cuivre est jugé suffisant, on interrompt le courant; les cathodes sont retirées, lavées soigneusement à Teau distillée et à Talcool , desséchées et pesées. Le poids de cuivre déposé par seconde correspond à 0,000328 gr. par ampère d'intensité moyenne. Le courant calculé est proportionnel à la moyenae des indications de l'ampèremètre. Par suite, on détermine aisément le facteur de proportionnalité entre l'intensité des courants à mesurer ^t les déviations lues sur l'échelle de l'ampèremètre.
On peut mesurer des couranis d'intensités très différentes en faisant varier la résistance insérée au rhéostat R. Connaissant la riésistance de A et négligeant celle du shunt devant les résistances de A et R, il est facile de déterminer chaque fois , par le calcul , la nouvelle valeur du facteur de proportionnalité. On est toutefois limité dans cette voie par réchauffement du shunt s' lorsque le courant dépasse une certaine intensité. Quand cet échauffement peut modifier sensiblement la résistance du shunt, il convient d'en employer un autre de section plus forte, s par exemple.
Pour déterminer le facteur de proportionnalité relatif à ce dernier, on fait passer le même courant dans s et dans s' et on note les déviations du galvanomètre relié successivement à ces shunts. Le facteur nouveau est une quatrième proportionnelle entre le facteur relatif à s' et les déviations observées.
Par cette disposition , le même appareil est susceptible de servir à la mesure des courants les plus faibles comme à celle des courants les plus intenses.
L'exactitude de la méthode précédente repose sur l'hypothèse de rinvariabilité du rapport entre la résistance du shunt et la résistance du galvanomètre additionnée de celle du rhéostat. Pour satisfaire à
cette condition , il faut : 1° que tous ces appareils soient également affectés par les variations de la température ambiante, ce qui exige qu'ils soient formés de même métal ; 2® que le courant qui traverse ces appareils n'altère pas sensiblement leur résistance.
On résoud aisément ces difficultés en adoptant la manganine ou un alliage jouissant des mêmes propriétés, § 2o3, pour confectionner le shunt, le galvanomètre et la caisse de résistance. Le galvanomètre a dans ce cas une sensibilité réduite, mais suffisante pour des essais de la nature de ceux auxquels on fait allusion. On enroule le cadre mobile autour d'une forme en aluminium qui assure un amortissement convenable.
364. — Graduation du voltmètre. — Les différences du potentiel sont déterminées à Taîde du galvanomètre Deprez et d'Arsonval V, fig. 192. Dans ce but, les points entre lesquels on cherche la différence de potentiel sont reliés à un circuit comprenant une résistance R''' de 100 000 ohms et une résistance R' variable. Le galvanomètre V, commandé par une clef d'inversion T, est mis en dérivation par rapport à la résistance R'.
Pour graduer le voltmètre, on relie les extrémités de son circuit, comme l'indique la fig. 192, aux résistances artificielles aboutissant à C^ , C2, dans lesquelles on fait passer un courant fourni par les accumulateurs B et mesure par l'ampèremètre A. En insérant des résistances préalablement mesurées et non susceptibles d'être altérées par le courant qui les traverse , on réalise des différences de potentiel connues, exprimées par les produits obtenus en multipliant ces résistances par les intensités successives du courant. On note les déviations correspondantes lues au galvanomètre V. Des résultats obtenus, on déduit le facteur de proportionnalité du voltmètre, c'est à dire le rapport des différences de potentiel aux déviations de l'instrument.
Remarque. — Dans les laboratoires d'usines, on est souvent obligé de se servir d'appareils de mesure industriels, moins précis que ceux recommandés ci-dessus. Il existe cependant des instruments à lecture directe susceptibles de donner une approximation de 0,5 pour 100 environ, ce qui conduit à une erreur limite de I pour 100 dans l'estimation de la puissance électrique obtenue en faisant le produit des lectures à l'ampèremètre et au voltmètre.
