Mesures électriques effectuées sur une dynamo. — Ces

graduaiîons terminées, on peut mesurer la différence de potentiel

\<»vtvv«*»<r-

Fig. 194.

aux bornes de la machine à essayer, l'intensité du courant dans le circuit extérieur et, le cas échéant , dans les bobines en dérivation des électro-aimants. Ces déterminations doivent être faites simultanément avec la mesure du travail absorbé par la machine. Dans

ce but, un observaieur relève la vitesse de la dynamo à Taide d'un compie-tours et frappe sur un timbre au moment où le régime

Fig. 195.

de vitesse normal est acquis. Aussitôt d'autres observateurs font simultanément les constatations électriques et mécaniques.

On établit une série de régimes de courant différents en maintenant la vitesse invariable et en changeant la résistance extérieure.

Pour chaque valeur nouvelle du courant de la dynamo, il est bon de procéder à plusieurs opérations semblables, trois au moins, et de prendre les moyennes des indications recueillies.

Pour mesurer les différences de potentiel et les intensités de courant, on établit les communications indiquées dans la fig. 194. Le circuit extérieur de la machine comprend les résistances reliées aux commutateurs Cl ,€3 et Tun des shunts, /, de l'ampèremètre A.

Dans le cas où il y a un enroulement inducteur en dérivation, comme le montre la fig. 194, on intercale dans ce circuit un ampèremètre A' qui permet de mesurer le courant dérivé. On peut aussi se servir du galvanomètre A et du shunt disponible s.

La différence de potentiel utile de la machine s'estime en reliant les bornes de celle-ci au voltmètre V.

La résistance à chaud des inducteurs en dérivation est le /apport de la différence de potentiel aux extrémités de leur circuit au courant qui parcourt celui-ci.

Pour déterminer la résistance à chaud de l'induit et de l'enroulement en série, on établit, aussitôt après l'arrêt de la machine supposée arrivée à son régime de température, les communications indiquées dans la fig. 195. Les conducteurs intérieurs dont il faut mesurer la résistance sont reliés à une batterie d'accumulateurs B, au shunt s et aux résistances artificielles comprises entre C| et Cj. On cale l'induit de la machine de manière à ce qu'il ne tourne pas sous l'influence du courant d'intensité modérée qui le traverse. On mesure ce courant à l'aide de l'ampèremètre A et simultanément on relève au moyen du voltmètre V la différence de potentiel aux bornes. Le rapport de la dernière de ces quantités à la première donne la résistance intérieure de la machine.

366. — Expression des rendements d'une machine. — Représentons par

P, la puissance mécanique absorbée par la machine, en watts ;

e la force électro-motrice totale développée dans la dynamo , en volts ;

e\ la différence de potentiel utile , en volts , prise aux bornes extérieures ;

i, f, i'\ les intensités de courant, en ampères, dans l'armature, dans les inducteurs en dérivation et dans le circuit extérieur ;

r, 5, dy p, les résistances, en ohms, mesurées à chaud, de Tinduit, de l'enroulement en série, de Tenroulement en dérivation et du circuit extérieur.

Supposons, par exemple, qu'on ait relevé, pour une succession de régimes différents de courants, les valeurs de P, e\ i\ T, r et^.

Dans une dynamo en série on aura

car dans ce cas i = i".

Pour une machine en dérivation

Pour une machine compound à longue dérivation

Pour une compound à courte dérivation

Le rendement électrique a, suivant les systèmes d'enroulement,

les valeurs suivantes :

e'i e' pour l'enroulement en série — r-= — , expression semblable à

celle du rendement d'une pile ;

pour l'enroulement en dérivation et l'enroulement con^pound

et e't

Le rendement industriel s'exprime dans la machine en série par Ji p-, et dans la machine en dérivation ou dans la machine compound

par --.

Dans les machines à anneau et à tambour, le rendement électrique est très élevé; il atteint parfois 97 pour 100. Comme il est, du reste, aisé à mesurer, c'est celui que les constructeurs indiquent fré-

quemment dans leurs catalogues sous le nom de rendement. Le rendement électrique est moindre dans les machines à disques où, en revanche , les pertes par courants de Foucault et par hystérésis sont moins grandes que dans les machines à noyau en fer mobile. Afin de rapporter les divers types de dynamos à une môme base de comparaison , il est bon de s'en tenir au rendement industriel, qui, dans les grandes machines bien étudiées, varie de 80 à 94 pour 100. Ce dernier nombre a été constaté dans des dynamos commandées directement par des moteurs à grande vitesse. Le rapport de la puissance utile aux bornes de la dynamo à la puissance indiquée aux cylindres du moteur à vapeur s'élevait à 0,84. Ce résultat classe les dynamos à la tête des transformateurs industriels d'énergie. '

367. — Méthodes diverses d'essai des dynamos. — La détermination du rendement industriel d'une dynamo exposée précédenimeni repose sur deux séries d'essais d'ordres entièrement différents : des mesures mécaniques et des mesures électriques. Les premières enfraînent l'emploi d'appareils dont la précision laisse souvent à désirer. Les secondes sont, au contraire, susceptibles d'une exactitude remarquable. Pour déterminer le rendement industriel avec une grande approximation , on utilise des méthodes basées sur la combinaison de générateurs et de moteurs électriques et permettant la suppression de toute mesure mécanique. Ces méthodes reposent sur l'hypothèse de la constance du rendement d'une machine fonctionnant successivement comme moteur et comme générateur, ce qui est sensiblement vrai lorsqu'on n'a pas affaire à de petites machines.

En admettant cette manière de voir, il suffit d'un essai au frein de Prony, dont l'exécution est généralement plus simple que l'essai au dynamomètre de transmission, pour obtenir le rendement d'une dynamo. On remarquera qu'un générateur dont le rendement industriel a été déterminé, au préalable, sous diverses conditions de vitesse et de courant, constitue un excellent frein pour l'ciude des moteurs électriques ou autres , car il suffit alors d'une lecture d'ampèremètre et de voltmètre pour estimer le travail absorbé. La dynamo peut fonctionner indéfiniment , tandis qu'un frein de Prony exige des soins particuliers qui rendent difficiles les expériences de longue durée.

368. — Méthode de M. Swinburne. — M. Swinburne a suggéré une méthode approchée qui ne demande ni frein ni dynamomètre et qui admet la constance des pertes intérieures d'un moteur électrique à vide et à pleine charge.

Considérons un générateur en série donnant, à la vitesse normale de N tours par seconde, une différence de potentiel aux bornes e^ et un courant /. Le rendement de la machine est

"^ eo-\-{ra + ri} i^ + a'

Ta, ri et a représentant respectivement la résistance de l'induit, celle des inducteurs et les pertes par frottements, par courants de Foucault et par hystérésis. La force électromotrice totale que développe la dynamo est alors

e=:ei+i(rti + n).

Pour déterminer a^ on envoie dans les inducteurs un courant •indépendant d'intensité telle que la dynamo , tournant comme moteur à vide à la vitesse N , développe la même force électromotrice e\ Soit alors /' le courant qui passe dans l'induit ; la différence de potentiel aux bornes est

ei = e +1 Ta.

Le flux total à travers l'induit est alors le même que dans le premier cas et les pertes par frottements, par hystérésis et par courants de Foucault sont peu différentes. Celles-ci sont mesurées par e' V = a, en sorte que le rendement est approximativement

^< « -h ( '"a + ri ) i^ + e i

Ce mode d'essai tend à donner un rendement supérieur au rendement réel, particulièrement avec les dynamos dont l'induit possède un noyau en fer. En effet, les pertes par courants de Foucault augmentent avec la déformation du champ, laquelle rendles variations de flux plus brusques. Cette cause influe probablement aussi sur la perte par hystérésis. Néanmoins cette méthode, d'un emploi cojnmode, est souvent utilisée pour obtenir une première approximation. Elle est analogue à la détermination des frottements

d'une machine à vapeur par la mesure du travail indiqué, la machine marchant à vide.

369. — Méthode de MM. Hopkinson. — La méthode suivante due à MM. Hopkinson nécessite deux machines identiques. On accouple les arbres de <:elles-ci d'une manière invariable et le courant de Tune d'elles, fonctionnant comme génératrice, est envoyé dans la machine voisine, servant de réceptrice. Le système des deux machines est mis en train par une courroie passant sur un dynamomètre de transmission.

L'excitation de la dynamo fonctionnant comme moteur est légèrement affaiblie par une résistance en dérivation sur les inducteurs ou un autre moyen analogue, destiné à amener les forces électromotrices des deux machines à des valeurs telles que le courant qui les traverse soit égal au courant normal. On peut aussi pourvoir les deux dynamos d'excitations séparées, en tenant un compte spécial de la puissance absorbée par les inducteurs.

La puissance p^ mesurée à l'aide du dynamomètre, représente les échauffements dus aux effets mécaniques, électriques et magnétiques dans les deux machines. Dans l'hypothèse de l'égalité des rendements de celles-ci , la part de chacune des machines est sensiblement égale à — .

Par suite, en appelant W la puissance électrique mesurée aux bornes communes, le rendement de la génératrice est donné par

Cette méthode permet d'employer un dynamomètre de faible puissance, tandis que celle décrite au paragraphe 36o et suivants nécessite l'usage d'un dynamomètre capable de mesurer la puissance mécanique totale de la dynamo, d'où la nécessité de recourir, pour les grandes machines, à des appareils volumineux.

On remarquera, en outre, que l'erreur toujours assez forte résultant de l'emploi du dynamomètre s'applique, dans la méthode de MM. Hopkinson, non au travail total observé par la génératrice, mais à la différence entre ce travail et le travail restitué par le moteur. Il s'ensuit une approximation plus grande dans le résultat.

L'erreur due à Temploi du dynamomètre tient à Tînceriitude dans laquelle on se trouve sur la valeur de la puissance absorbée par Tappareil. L'auteur a pu déterminer cette puissance à Taide d'une dynamo fonctionnant successivement comme moteur et comme générateur avec une excitation indépendante, maintenue constante. On envoie dans Tinduit, dont Tarbre est libre, un courant auxiliaire de manière à lui communiquer une vitesse N ; on note l'intensité / du courant et la différence de potentiel E aux bornes.

Comme la machine fonctionne à vide, le travail extérieur est nul et l'on a

Ei=zi^r + a. (i)

On met ensuite la machine en marche à la vitesse N par l'intermédiaire du dynamomètre et l'on fait varier la résistance extérieure jusqu'à reproduire le même courant 1. Dans ces conditions, on peut admettre que les pertes intérieures représentées par a sont les mêmes que dans la première expérience. On relève la puissance P indiquée par le dynamomètre et la différence de potentiel E' aux balais de la dynamo. En appelant jt? la perte.de puissance dans le dynamomètre, on a

P =p + i^ r + a i- E' L (2) On déduit de (i) et (2)

En répétant ces deux expériences pour diverses vitesses, on obtient une série de valeurs de p qui permettent de réduire les résultats des essais effectués à l'aide du dynamomètre.

370. — Méthode de MM. Fontaine et Cardew. — Il est possible, comme Font montré séparément M. Fontaine et M. Cardew, de supprimer toute mesure dynamométrique lorsqu'on dispose d'une troisième dynamo ou d'une batterie d'accumulateurs suffisante. Dans ce cas, les deux dynamos identiques, ayant leurs axes accouplés par un manchon, sont reliées, la première à la batterie d'accumulateurs, la seconde à un circuit formé de résistances anifî-

£SSAIS DES DYNAMOS. 477

cîelles. La première machine tournant comme moteur active la seconde qui sert de générateur. Le rapport des watts r<îcueillis aux bornes de celui-ci aux watts fournis au moteur est approximaiivement égal au carré du rendement de chacun des appareils. Si Ton se sert des mêmes instruments pour effectuer les deux séries de mesures électriques , on remarquera que le résultat n'est pas influencé par une erreur de graduation de ces instruments. 11 suffit que leurs indications soient rigoureusement proportionnelles pour obtenir la valeur exacte du rendement combiné. De plus, une erreur des instruments est atténuée par ce fait que le résultat dépend de la racine carrée des lectures. On remarquera que les deux machines étant d'égale puissance ne peuvent fonctionner à leur régime normal; il faudra forcer la puissance du moteur et diminuer celle de la génératrice. Mais cela n'entraîne pas une grande erreur, car le rendement des bonnes machines varie assez peu au voisinage de la puissance normale.

371. — Méthode de M. Kapp. — Si, dans la méthode précédente, on utilisait le courant produit par la seconde machine à l'essai pour aider la source auxiliaire, on pourrait réduire l'importance de celle-ci à la puissance perdue dans les deux dynamos et déterminer le rendement de machines de grande puissance au moyen d'une dynamo ou d'une batterie d'accumulateurs peu importantes.

C'est ce qu'a fait M. Kapp. Appelons A et B les dynamos à essayer, supposées de même taille et ayant leurs induits couplés ensemble mécaniquement et électriquement. On excite leurs inducteurs à l'aide de la source auxiliaire C, en même temps que les points de jonction des induits sont réunis à la même source. En diminuant le champ de B, à l'aide d'un rhéostat introduit à la suite des inducteurs de cette machine, on fait en sorte que B fonctionne comme moteur, A faisant l'office de génératrice. C fournit alors la différence entre le courant absorbé par B et le courant produit par A. On donne graduellement aux dynamos A, B la vitesse de régime en augm:3ntant progressive-nent le courant de C, par la manœuvre d'un rhéostat mis en série avec cette machine et celle du rhéostat de B. Un même ampèremètre permet de lire les courants de A et de B, si l'on emploie un commutateur spécial. La différence de potentiel

étant la même aux bornes des deux machines, le rendement de chacune de celles-ci est donnée très simplement par

Une erreur de proportionnalité de l'instrument de mesure n'exerce qu'une influence minime, attendu que les lectures figurent sous le signe radical.

La dynamo auxiliaire doit fournir la môme différence de potentiel que les machines essayées. Si celles-ci étaient construites pour produire un voltage très élevé, on pourrait, au lieu de les relier en dérivation par rapport à la source auxiliaire, les mettre en série avec cette dernière, qui aurait à débiter un courant égal à celui de A et de B, et à suppléer la différence entre la tension Cb absorbée par B et la tension e^ développée par A.

Le rendement serait

372. — Mesures propres à déterminer les réactions de l'induit.

— Les essais décrits ci-dessus sont particulièrement utiles aux personnes qui doivent se servir d'une machine, en ce sens qu'ils leur enseignent les meilleures conditions d'emploi d'un générateur donné.

On peut, à Taide de la disposition d'appareils indiquée dans le paragraphe 365, effectuer d'autres séries d'essais qui intéressent au plus haut point le constructeur et lui permettent de relever des données propres au calcul des dynamos, en le fixant sur la valeur d'un type de machine.

Dans ce but, on commence par faire tourner l'induit, à sa vitesse de régime, en circuit ouvert et l'on excite les inducteurs à l'aide de courants fournis par les accumulateurs B et croissant progressivement jusqu'à donner au champ son intensité maxima On relève, au moyen du voltmètre V, la différence de potentiel aux balais pour chaque valeur du courant d'excitation, lequel est mesuré par l'ampèremètre A'.

On recommence cette série d'essais en faisant produire à l'induit

un courant / mesuré par ^ampèremètre A et maintenu constant à l'aide de résistances convenables insérées au rhéostat C^, Cg. Pour chaque valeur du courant d'excitation, on cale les balais dans la position qui occasionne le minimum d'étincelles. On note, pour chacune des valeurs du courant d'excitation, la différence de potentiel aux balais indiquée par le voltmètre V.

On répète la même série d'essais pour plusieurs valeurs données au courant de l'induit. Lorsque ce courant approche de sa valeur maxima, on ne peut faire fonctionner la machine qu'entre des limites assez étroites du courant d'excitation, car lorsque celui ci devient trop faible, l'influence de la réaction de l'armature est telle qu'il n'est pas possible d'éviter les étincelles aux balais.

On verra ci-après les courbes tracées à l'aide des résultats des expériences qui viennent d'être décrites. Ces résultats caractérisent les qualités magnétiques d'une machine et sont indépendants du mode d'enroulement des inducteurs.

373. — Méthode de M. Mordey pour dëterminer séparément les pertes par courants de Foucault et par hystérésis dans un induit. — Il est très utile de connaître séparément l'effet des courants de Foucault et de l'hystérésis dans réchauffement du noyau de fer d'un induit à anneau ou à tambour. L'effet des premiers est proportionnel.au carré de la vitesse, § 325; l'intensité de ces courants diminue avec l'épaisseur du fil ou des tôles qui constituent le noyau et peut, par suite, être réduite autant qu'on le veut. Mais le prix de la matière et le coût de la main d'œuvre de construction varient en sens inverse; il y a donc un juste milieu à garder. On a vu que les courants de Foucault dans les conducteurs induits sont combattus par l'emploi, dans l'enroulement de l'armature, de faisceaux de fils de cuivre tordus. L'échauffement par hystérésis est, pour une induction magnétique donnée, proportionnel à la vitesse, § 326, et indépendant du sectionnement du noyau, pourvu que le volume total du fer de ce dernier reste constant.

S'appuyant sur ces propriétés, M. Mordey a combiné une méthode industrielle propre à déterminer séparément l'effet de ces deux catégories de phénomènes.

Il commence par mesurer le travail absorbé par les frottements de la machine marchant à vide à des vitesses différentes. 11 obtient

ainsi, à Taide du dynamomètre de transmission, § 36d, des valeurs croissant proportionnellement à la vitesse. Il détermine ensuite la puissance absorbée lorsque la dynamo marche à des vitesses croissantes, les inducteurs étant excités séparément à Tintensiié normale et les balais de Tinduit étant enlevés. Les puissances observées dans ces conditions correspondent aux frottements, aux courants de Foucault et aux effets d'hystérésis.

Par différence, on obtient les puissances absorbées à diverses vitesses par ces deux derniers effets. Soient P et P' ces puissances à des vitesses N et N'.

On sait que la puissance perdue dans les courants parasites peut être mise sous la forme k N^, et celle correspondant aux effets magnétiques, sous la forme k' N.

On a donc

d'où

V z=zk N'2 -f k N',

p- Na — P N'^

N'Na — N N^ '

Ces deux coefficients indiquent respectivement la perte d'énergie par tour due aux courants de Foucault et au phénomène d'hystéréris.

Les courants parasites considérés dans la méthode exposée sont ceux du noyau de fer, des pièces de consolidation et des conducteurs induits enroulés sur le noyau. Pour estimer séparément rinfluence de ces derniers, on pourrait faire tourner d'abord le noyau seul entre les inducteurs excités. On garnirait ensuite Tinduît de ses bobines et Ton renouvellerait Texpcrience. Par différence, on aurait la perte due aux courants de Foucault dans Tenroulement.

374. — Méthode de M. Housman. — M. Housman a étudié une méthode propre à conduire au même résultat que le procédé cidessus , mais en évitant l'emploi , toujours peu exact, du dynamomètre. Les inducteurs de la dynamo sont excités séparément à leur intensité normale et Ton fait tourner l'induit, comme moteur à vide, à deux vitesses différentes N et N' en faisant varier la différence de

potentiel appliquée aux balais. En appelant e et i les valeurs de la différence de potentiel et du courant dans Tinduit observées dans Tune des expériences , et en remarquant qu'on a sensiblement tf = a N, a étant un facteur de proportionnalité qu'on détermine en mesurant N, il vient

d'où

Cette relation montre que le courant est une fonction linéaire de la différence de potentiel. Les deux expériences précitées suffisent

pour tracer la droite, dont l'ordonnée à Torigine - mesure le courant ÎQ nécessaire pour faire démarrer l'induit. A la vitesse N, la perte par courants de Foucault est P — : — ^

et les autres pertes s'élèvent à P ? •

L'application très facile de cette méthode permet de se rendre compte de la qualité du fer de l'induit et de l'isolement des disques composant ce dernier.